Nikotínamidadeníndinukleotidfosfát

chemická zlúčenina
Nezamieňať s heslom Nikotínamidadeníndinukleotid.

Nikotínamidadeníndinukleotidfosfát alebo NADP+ je kofaktor, ktorý sa vyskytuje v anabolických reakciách, ako napríklad Calvinovom cykle alebo syntéze lipidov či nukleových kyselín, ktoré využívajú NADPH ako redukčné činidlo. Využívajú ho všetky formy bunkového života.[1]

Nikotínamidadeníndinukleotidfosfát
Nikotínamidadeníndinukleotidfosfát
Všeobecné vlastnosti
Sumárny vzorec C21H29N7O17P3
Synonymá NADP+
Fyzikálne vlastnosti
Molárna hmotnosť 744,416 g/mol
Ďalšie informácie
Číslo CAS 53-59-8
Pokiaľ je to možné a bežné, používame jednotky sústavy SI.
Ak nie je hore uvedené inak, údaje sú za normálnych podmienok.

NADPH je redukovaná forma NADP+. NADP+ sa líši od NAD+ tým, že NADP+ má naviac fosfátovú skupinu na 2' pozícii ribózy. Táto fosfátová skupina je pridávaná NAD+ kinázou a odstraňovaná NADP+ fosfatázou.[2]

VlastnostiUpraviť

 
Redukcia NADP+ na NADPH je obdobná, ako u redukcie NAD+ na NADH (na obrázku).

NADP+ je schopný prijať dva elektróny a protón, čím sa mení na redukovanú formu, NADPH. NADP+ vystupuje v reakciách ako oxidačné činidlo, NADPH potom ako redukčné činidlo.

FluorescenciaUpraviť

Podobne ako NADH, i NADPH vykazuje fluorescenciu. NADPH sa vo vodných roztokoch excituje pri nikotínamidovom absorpčnom maxime (asi 335 nm, pri UV) a má fluorescenčné emisné maximum, ktoré má píky pri 445-460 nm (fialová až modrý). NADP+ nevykazuje žiadnu výraznú fluorescenciu.[3]

StabilitaUpraviť

NADH a NADPH sú veľmi stabilné v zásaditých roztokoch, ale NAD+ a NADP+ sa v zásaditých roztokoch rozkladajú na fluorescentný produkt, ktorá je možné využíť na kvantifikáciu. Naopak sú NAD+ a NADP+ celkom stabilné v kyslých roztokoch, ale kyslé roztoky rozkladajú NADH a NADPH.[4]

BiosyntézaUpraviť

NADP+Upraviť

Všeobecne sa najprv syntetizuje NADP+, ktorý sa potom premieňa na NADPH. Reakcie syntézy zvyčajne začínajú z NAD+, ktorý sa syntetizuje de novo alebo recyklačnými reakciami, na ktorý potom NAD+ kináza pridáva fosfátovú skupinu. ADP-ribozylcykláza umožňuje syntézu z nikotínamidu v obnovovacej dráhe a NADP+ fosfatáza premieňa NADPH naspäť na NADH, aby sa udržala rovnováha.[1] Niektoré formy NAD+ kinázy, hlavne tá prítomná v mitochondriách, premieňa aj NADH naspäť na NADPH (katalyzuje teda reakciu oboma smermi).[5][6] Prokaryotická dráha je menej objasnená, ale obsahuje všetky podobné enzýmy, takže tento proces by mal prebiehať podobne.[1]

NADPHUpraviť

NADPH vzniká z NADP+. Hlavným zdrojom NADPH u zvierat a iných nefotosyntetických organizmov je pentózafosfátová dráha, kde ho produkuje glukóza-6-fosfátdehydrogenáza (G6PDH) v prvom kroku tejto dráhy. Pentózafosfátová dráha z glukózy tvorí aj pentózy, ktoré sú takisto dôležitou súčasťou NAD(P)H. Niektoré baktérie využívajú G6PDH v Entner–Doudoroffovej dráhe, ale tvorba NADPH je rovnaká.[1]

Ferredoxín-NADP+ reduktáza (FNR), ktorá je prítomná vo všetkých doménach života, je hlavných zdrojom NADPH u fotosyntetických organizmov, vrátane rastlín a siníc. Nachádza sa v poslednom kroku elektrón transportného reťazca v svetelnej fáze fotosyntézy. Využíva sa ako redukčná sila pre biosyntetické dráhy v Calvinovom cykle na asimiláciu oxidu uhličitého a pomáha premeniť ho na glukózu. FNR prijíma elektróny aj v iných nefotosyntetických dráhach: je vyžadovaná pre redukciu dusičnanu na amoniak u rastlinnej asimilácie v dusíkovom cykle a v tvorbe olejov.[1]

Existuje i ďalšie menej známe mechanizmy, ktorými sa tvorí NADPH, ktoré u eukaryotov všetky závisia na prítomnosti mitochondrií. Hlavnými enzýmami v týchto procesoch, ktoré súvisia s metabolizmom uhlíka, sú izoformy malátdehydrogenázy, izocitrátdehydrogenázy (IDH) a glutamátdehydrogenázy spojené s NADP+. V týchto reakciách sa ako oxidačné činidlo využíva NADP+, podobne ako NAD+ v obdobných enzýmoch.[7] Mechanizmus IDH vyzerá byť hlavným zdrojom NADPH v tukových bunkách a možno i bunkách pečene.[8] Tieto procesy sa nachádzajú aj v baktériách. Baktérie sú takisto schopné využiť i NADP-dependentnú glyceraldehydr-3-fosfátdehydrogenázu za tým istým účelom. Podobne ako pentózafosfátová dráha, tieto dráhy sú príbuzné častiam glykolýzy.[1] Ďalšou dráhou, ktorá súvis s metabolizmom uhlíka, ktorá sa účastní tvorby NADPH, je mitochondriálny cyklus folátu, ktorý využíva serín ako zdroj jednouhlíkových jednotiek na udržanie syntézy nukleotidov a redoxnej homeostázy v mitochondriách. Mitochondriálny cyklus folátu bol nedávno navrhnutý ako hlavný zdroj tvorby NADPH v mitochondriách rakovinných buniek.[9]

NADPH môže vznikať aj dráhami, ktoré nie sú spojené s metabolizmom uhlíka. Jedným príkladom je ferredoxínreduktáza. Nikotínamidnukleotidtranshydrogenáza presúva vodík medzi NAD(P)H a NAD(P)+ a nachádza sa v eukaryotických mitochondriách a mnohých baktériách. Existujú i verzie, ktorých funkcia je závislá na protónovom gradiente. Niektoré anaeróbne organizmy využívajú hydrogenáza spojené s NADP+ a štiepia hydrid z plynného vodíka, čím tvoria protón a NADPH.[1]

FunkciaUpraviť

NADPH poskytuje redukčné ekvivalenty, zvyčajne vodíkové atómy, pre biosyntetické reakcie a redoxné procesy, ktoré sa účastnia ochrany proti toxicite reaktívnych foriem kyslíka (ROS), čím umožňuje regeneráciu glutatiónu (GSH).[10] NADPH sa takisto účastní anabolických dráh, ako je syntéza cholesterolu, syntéza steroidov,[11] syntéza kyseliny askorbovej,[11] syntéza xylitolu,[11] syntéza cytozolových mastných kyselín[11] a mikrozomálneho predlžovania mastných kyselín.

Systém NADPH je takisto zodpovedný za tvorbu voľných radikálov pomocou NADPH oxidázy v bunkách imunitného systému. Tieto radikály sa používajú na ničenie patogénov v procese nazývanom respiračné vzplanutie.[12] Je to zdroj redukčných ekvivalentov pre hydroxyláciu aromatických zlúčenín, steroidov, alkoholov a drog katalyzovanú cytochrómom P450.

Enzýmy, ktoré využívajú NADP(H)Upraviť

NADP+ sa ako kofaktor účastní minimálne 140 chemických reakcií katalyzovaných enzýmami.[1]

NADPH ako koenzýmUpraviť

Medzi enzýmy, ktoré využívajú NADPH ako kofaktor, patrí napríklad:

  • Adrenodoxínreduktáza: Tento enzým je všadeprítomný vo väčšine organizmov.[13] Presúva dva elektróny a dva protóny z NADPH na FAD. U stavovcov je to prvý enzým v mitochondriálnych systémoch P450, ktoré syntetizujú steroidné hormóny.[14]

NADPH ako substrátUpraviť

V rokoch 2018 a 2019 sa objavili prvé články, ktoré popisovali enzýmy, ktoré odstraňujú 2' fosfátovú skupinu NADP(H) u eukaryotov. Ako prvý bol popísaný cytoplazmatický proteín MESH1 (Uniprot Q8N4P3)[15] a potom mitochondriálny proteín nokturnín.[16][17] Čo je zaujímavé, štruktúra a viazanie NADPH u proteínov MESH1 (5VXA) a nokturnínu (6NF0) si nie sú pribuzné.

ReferencieUpraviť

  1. a b c d e f g h NADPH-generating systems in bacteria and archaea. Frontiers in Microbiology, 2015, s. 742. DOI10.3389/fmicb.2015.00742. PMID 26284036.
  2. Structure and function of NAD kinase and NADP phosphatase: key enzymes that regulate the intracellular balance of NAD(H) and NADP(H). Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, April 2008, s. 919–30. DOI10.1271/bbb.70738. PMID 18391451.
  3. Separating NADH and NADPH fluorescence in live cells and tissues using FLIM. Nature Communications (Springer Science and Business Media LLC), 2014-05-29, s. 3936. ISSN 2041-1723. DOI10.1038/ncomms4936. PMID 24874098.
  4. PASSONNEAU, Janet. Enzymatic analysis : a practical guide. [s.l.] : Humana Press, 1993. ISBN 978-0-89603-238-5. S. 3,10.
  5. Characterization of NADH kinase from Saccharomyces cerevisiae. Journal of Biochemistry, April 1989, s. 588–93. DOI10.1093/oxfordjournals.jbchem.a122709. PMID 2547755.
  6. Localization of the NADH kinase in the inner membrane of yeast mitochondria. Journal of Biochemistry, June 1989, s. 916–21. DOI10.1093/oxfordjournals.jbchem.a122779. PMID 2549021.
  7. Routes and regulation of NADPH production in steroidogenic mitochondria. Endocrine Research, Feb–May 1995, s. 231–41. DOI10.3109/07435809509030439. PMID 7588385.
  8. PALMER, Michael. 10.4.3 Supply of NADPH for fatty acid synthesis [online]. . Dostupné online. Archivované 2013-06-06 z originálu.
  9. Escaping Death: Mitochondrial Redox Homeostasis in Cancer Cells. Front Oncol, June 2017, s. 117. DOI10.3389/fonc.2017.00117. PMID 28649560.
  10. Organic hydroperoxide-induced lipid peroxidation and cell death in isolated hepatocytes. Toxicology and Applied Pharmacology, May 1985, s. 473–83. DOI10.1016/0041-008X(85)90255-8. PMID 4049396.
  11. a b c d RODWELL, Victor. Harper's illustrated Biochemistry, 30th edition. USA : McGraw Hill, 2015. ISBN 978-0-07-182537-5. S. 123-124, 166, 200-201.
  12. The association of elevated reactive oxygen species levels from neutrophils with low-grade inflammation in the elderly. Immunity & Ageing, October 2008, s. 13. DOI10.1186/1742-4933-5-13. PMID 18950479.
  13. Conservation of the Enzyme-Coenzyme Interfaces in FAD and NADP Binding Adrenodoxin Reductase-A Ubiquitous Enzyme. Journal of Molecular Evolution, December 2017, s. 205–218. DOI10.1007/s00239-017-9821-9. PMID 29177972.
  14. Steroidogenic enzymes: structure, function, and role in regulation of steroid hormone biosynthesis. The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology, December 1992, s. 779–804. Dostupné online. DOI10.1016/0960-0760(92)90307-5. PMID 22217824.
  15. Mammalian stringent-like response mediated by the cytosolic NADPH phosphatase MESH1. bioRxiv, 2018. DOI10.1101/325266.
  16. The Metabolites NADP+ and NADPH are the Targets of the Circadian Protein Nocturnin (Curled). bioRxiv, 2019, s. 2367. DOI10.1101/534560. PMID 31147539.
  17. + and NADPH are the targets of the circadian protein Nocturnin (Curled). Nature Communications, May 2019, s. 2367. DOI10.1038/s41467-019-10125-z. PMID 31147539.

ZdrojUpraviť

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate na anglickej Wikipédii.