НАД и его роль в обмене веществ¶

Никотинамидадениндинуклеотид (НАД, NAD) — кофермент, присутствующий во всех живых клетках и участвующий в окислительно-восстановительных реакциях обмена веществ. По химической природе представляет собой динуклеотид: молекула состоит из двух нуклеотидов, соединённых через фосфатные группы, — аденинового и никотинамидного. Именно никотинамидное кольцо служит местом обратимого присоединения электронов и протонов, что делает НАД универсальным переносчиком восстановительных эквивалентов.

¶Формы и химизм

Различают две основные формы:

• НАД⁺ — окисленная форма, акцептор электронов;
• НАДН — восстановленная форма, донор электронов.

При восстановлении НАД⁺ присоединяет два электрона и один протон, а второй протон переходит в среду:

НАД⁺ + 2e⁻ + 2H⁺ → НАДН + H⁺

Никотинамидное кольцо при этом теряет ароматичность, что и обеспечивает обратимость процесса. Аналогичную роль играет близкий кофермент НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат), отличающийся наличием дополнительной фосфатной группы; НАД чаще работает в катаболических реакциях, НАДФ — в биосинтетических.

¶Роль в катаболизме

НАД — центральное звено энергетического обмена. В реакциях гликолиза, цикла трикарбоновых кислот и β-окисления жирных кислот НАД⁺ принимает электроны от окисляемых субстратов, восстанавливаясь до НАДН. Восстановленный кофермент далее передаёт электроны в дыхательную цепь митохондрий, где они проходят по комплексам электронтранспортной цепи и в итоге восстанавливают кислород до воды. Перенос электронов сопряжён с перекачиванием протонов и синтезом АТФ — основной энергетической валюты клетки. Одна молекула НАДН, окисленная в дыхательной цепи, обеспечивает синтез примерно 2,5 молекул АТФ.

¶Анаболические и регуляторные функции

Помимо энергетики, НАД участвует в восстановительном синтезе: например, в восстановлении дигидрофолата и в ряде реакций биосинтеза жирных кислот и стероидов (часто через НАДФН). Кофермент служит также субстратом для ферментов, отщепляющих от него АДФ-рибозу, — поли(АДФ-рибоза)полимераз, участвующих в репарации ДНК. Отдельная функция связана с сиртуинами — белками, удаляющими ацетильные группы с гистонов и других белков; эта реакция потребляет НАД и связывает метаболическое состояние клетки с регуляцией экспрессии генов.

¶Синтез и распад

В организме человека НАД синтезируется из никотинамида и никотиновой кислоты (витамин PP, ниацин) — так называемый salvage-путь, а также из триптофана. Ключевой фермент salvage-пути — никотинамидфосфорибозилтрансфераза. Уровень НАД в клетке динамичен и зависит от питания, физической нагрузки и возраста; его снижение связывают с нарушениями метаболизма и старением. Внутриклеточно НАД распределён между цитозолом, митохондриями и ядром, причём митохондриальный и цитозольный пулы обмениваются через челночные системы.

¶Значение

Нарушения обмена НАД лежат в основе ряда патологий — от пеллагры, вызванной дефицитом ниацина, до метаболических и нейродегенеративных заболеваний. Предшественники НАД рассматриваются как объект исследований в геронтологии и метаболической медицине. В лабораторной практике НАД и НАДН применяют в спектрофотометрических тестах: восстановленная форма поглощает свет при 340 нм, что позволяет измерять активность множества ферментов.