Тези две форми (NAD+ и NADH) на никотинамид аденин динуклеотид не са напълно едно и също нещо, но са химически подобни. Сложно е. Ще обясним
Ключови изводи:
◉ NAD+ и NADH са две форми на коензима никотинамид аденин динуклеотид. NAD+ може да се преобразува в NADH и обратно. Тези преобразувания са основни реакции при създаването на клетъчна енергия.
◉ И двете молекули участват и в други реакции извън производството на енергия. НАД+, например, е необходим за стотици клетъчни процеси – от метаболизма до поддържането на здравето на ДНК.
◉ Съотношението на NAD+ към NADH е важно за производството на клетъчна енергия, тъй като това диктува колко ефективно клетката може да произвежда АТФ (аденозинтрифосфат – енергоносител в клетките).
◉ С напредване на възрастта съотношението на NAD+ към NADH намалява.
NAD+, или никотинамид аденин динуклеотид, е коензим, намиращ се във всяка една жива клетка. Понякога се нарича разговорно просто NAD (без плюс), въпреки малкия знак плюс след него. Този знак плюс обаче има значение, тъй като терминът NAD се използва за общо обозначаване на различните форми на NAD: молекулите NAD+ и NADH.
Продължавате ли да четете? Добре. Ще обясним разбираемо разликите между тези две форми и как това се отразява на здравето на вашите клетки.
NAD+ и NADH: двете страни на една и съща монета
NAD може да съществува в две форми: NAD+ и NADH. Тези две форми на NAD са известни като “редокс двойка” – термин, който се използва за описание на редуцирана и окислена форма на един и същ атом или молекула. Терминът “окислен” обаче може да бъде подвеждащ, тъй като не изисква непременно кислород. Редокс реакциите включват получаване или загуба на електрони. Ако нещо се окисли, то губи електрони. Междувременно, ако нещо се редуцира, то получава електрони.
Терминът “окислен” произхожда от експерименти в края на 18 век. Редокс реакциите не са изключителни за NAD+ и NADH, камо ли изключително за тялото. Всъщност, те могат да обхванат всичко – от ръждясването на желязото до образуването на минерали.
В контекста на NAD+, редокс реакциите са ключов компонент за създаването на клетъчна енергия. Когато NAD+ се преобразува в NADH, той получава две неща: първо, заредена водородна молекула (H+) и след това два електрона. Тъй като електроните са отрицателно заредени, комбинацията от положително заредените NAD+ и H+, свързани с два електрона, ефективно се компенсират взаимно и неутрализират получената NADH молекула. Ето защо NADH няма знак “+” до него. Зарядът на една молекула информира как тя взаимодейства с други молекули. Например NADH не може да прави това, което прави NAD+, и обратното.
Заедно тези две форми на никотинамид аденин динуклеотид играят критична роля в много от биологичните процеси в клетката – от производството на енергия до възстановяването на ДНК, генната експресия и много други.
Съотношението на NAD+ към NADH е важно за поддържане на правилната клетъчна функция
Смущенията в това съотношение могат да допринесат за свързан с възрастта спад на енергия и жизнена сила, както и на възникването на различни заболявания.
Така че NAD+ и NADH са почти едно и също нещо (с някои малки разлики), като двете страни на една и съща монета. Въпреки това, няма равни количества NAD+ спрямо NADH. Учените все още не са установили какво е оптималното съотношение, да не говорим какви са отклоненията, когато то е нарушено. Това е все по-важно, тъй като NAD+ беше изстрелян в светлината на научните прожектори през последните години.
NAD+ е необходим за протичането на основните биологични процеси, но тялото разполага с ограничен запас, тъй като нивата на NAD+ намаляват с възрастта. Второ, NAD+ е от изключително значение за функцията на сиртуините – група протеини, които участват в критични клетъчни процеси, включително поддържане на здравословен метаболизъм и производство на клетъчна енергия. Ако сиртуините нямат достъп до NAD+, тогава те не могат да функционират правилно.
Все пак някои учени смятат, че не е задължително наличието на NAD+ да е проблематично, а съотношението между NAD+ и NADH. Това е така, защото съотношението диктува колко ефективно клетката може да произвежда АТФ, аденозин трифосфат – енергийната валута на клетката.
NAD+ и NADH действат като помощник в много важни ензимни реакции в тялото, които могат да включват:
◉ Производство на енергия: превръщат храната в АТФ;
◉ Контрол на генната експресия: как гените се включват или изключват в отговор на различни сигнали в тялото;
◉ Ремонт на ДНК: премахват повредената ДНК и я заменят с нова ДНК;
◉ Имунна функция: регулира дейността на имунните клетки.
Как NAD+ и NADH помагат за създаването на клетъчна енергия (и още)
Превръщането на NAD+ в NADH и обратно е съществена реакция при създаването на АТФ по време на това, което се нарича клетъчно дишане.
Храната, която консумираме, преминава през три фази, за да се превърне в енергия: гликолиза, цикъл на Кребс и верига за пренос на електрони.
При гликолизата и цикъла на Кребс молекулите NADH се образуват от NAD+. Междувременно, във веригата за транспортиране на електрони всички молекули NADH впоследствие се разделят на NAD+, произвеждайки H+ и няколко електрона. H+ се използват за захранване на нещо като “помпа”, която е разположена върху вътрешната мембрана на митохондриите, създавайки много енергия под формата на АТФ. След като Н+ преминат през помпата, те впоследствие се сливат с електроните и молекулата на кислорода, за да образуват вода. Всичките три фази на дишането генерират АТФ; обаче, най-големият добив на АТФ е по време на веригата за транспортиране на електрони.
Клетката използва NAD+ и NADH и в други реакции извън производството на АТФ. В чернодробните клетки, например, ензимите алкохол дехидрогеназа (ADH) и алдехид дехидрогеназа (ALDH) използват NAD+ като окислител, за да разграждат етанола от алкохолни напитки в по-малко токсично съединение, наречено ацетат. Във всяка от ензимните реакции NAD+ приема два електрона и H+ от етанол, за да образува NADH.
Съотношението NAD+/NADH
Изискванията на тялото за NAD+ и NADH влияят на съотношението между двете, което може да има различни ефекти върху клетъчното здраве и биологичните процеси. Например, прекомерната консумация на алкохол вероятно ще намали съотношението NAD+/NADH в цитоплазмата, поради прекомерното превръщане на NAD+ в NADH, за да се окисли алкохолът.
Ензимите, консумиращи NAD+, като сиртуините, също изискват NAD+, за да функционират правилно. За разлика от алкохол дехидрогеназата и реакциите в клетъчното дишане, това не са редокс реакции и не генерират NADH, когато използват NAD+. По-скоро те разцепват NAD+, за да образуват никотинамид (форма на витамин B3) като страничен продукт. Никотинамидът трябва да се рециклира по спасителните пътища , за да се образува повторно НАД+. Ако има по-малко наличен NAD+ и съотношението NAD+/NADH е намалено, това може да има вреден ефект върху способността на тези ензими да функционират правилно.
Съотношението NAD+/NADH е доста сложно
Всъщност, то варира много между различните места в клетката. През 1967 г. експерименти , проведени от Krebs et al. (да, като в “Цикълът на Кребс”) се зае да проучи колко се е променило съотношението между митохондриите и цитоплазмата при плъхове, стигайки до заключението, че съотношението на митохондриите задържа външни стресови фактори, като гладуване, при което съотношението на цитоплазмата е силно намалено по време на моменти на стрес. (Към днешна дата все още няма доказателства, че тези проучвания върху животни могат да бъдат екстраполирани върху хора.)
Всъщност, дори когато цитоплазменият резерв от НАД+ е силно изчерпан, митохондриалните нива на NAD+ остават стабилни до три дни. Смята се, че това се дължи на неспособността на NAD+ да премине през митохондриалната мембрана (“вратата” към митохондриите), така че промените в цитоплазменото съотношение NAD+/NADH нямат абсолютно никакъв ефект върху митохондриите. Само когато клетката е наистина в беда и митохондриалната мембрана е компрометирана, митохондриалното съотношение NAD+/NADH се губи.
Въпреки че регулирането на съотношението от митохондриите е уместно, учените заключиха, че това откритие само поражда повече любопитство относно съотношението. В документ от 2012 г. за динамичното регулиране на NAD+ в митохондриите, изследователите заключават, че „настоящите познания оставят редица неотложни въпроси без отговор“.
По-високото съотношение обаче благоприятства създаването на повече енергия
Наскоро публикувани проучвания върху хора също установиха, че не само NAD+ намалява с възрастта, но NADH всъщност се повишава. Това е придружено от спад в съотношението NAD+/NADH. Следователно, дисбалансът в това съотношение може да повлияе на това колко добре клетките използват NAD+.
Техниките за увеличаване на NAD+ — като допълване с прекурсори на NAD+ като никотинамид рибозид (или НР, за по-кратко) — придобиха значителен интерес като жизненоважни за клетъчното здраве.
Струва си да се признае, че както НАД+, така и NADH са ключови в създаването на АТФ, както и на други биологични процеси. Затова е невъзможно да се “бият” или защитават помежду си. Тъй като учените продължават да изучават молекулата NAD+, скоро може и да има отговори на неизвестните около съотношението на NAD+ и NADH.
Разлика между NAD+ и NADH?
NAD+ и NADH са практически една и съща молекула (с някои малки разлики).
НАД+ е окислената форма на NAD, което означава, че губи два електрона (под формата на водородни атоми) и протон (хидроден йон) по време на редокс реакции.
NADH е редуцираната форма на молекулата NAD, което означава, че получава два електрона и водороден протон.
NAD+ и NADH са по същество две половини на едно цяло. Въпреки това, не винаги има еднакво съотношение NAD+ и NADH.
Съотношението може да варира в зависимост от метаболитното състояние на клетката. Например, има по-висока концентрация на NADH по време на клетъчното дишане, отколкото NAD+.
Съотношението NAD+ и NADH е важно, защото може да повлияе на баланса на много метаболитни процеси в тялото. Митохондриалното съотношение NAD+/NADH може да повлияе на активността на ензимите и в резултат на това много биологични процеси, протичащи в клетката.
Големият дисбаланс в съотношението може да доведе до смущения в тези процеси, което може да допринесе за различни здравословни състояния.
Следователно, поддържането на здравословно съотношение NAD+ към NADH е от ключово значение за цялостното здраве.
Общи въпроси за NAD+ и NADH
1. Какво представляват NAD+ и NADH?
НАД+ и NADH форми на NAD. Тези две форми на една и съща молекула са това, което захранва много от химичните реакции в клетката, които играят важна роля в клетъчния метаболизъм, включително производството на енергия и възстановяването на ДНК.
2. Каква е разликата между NAD+ и NADH?
NAD+ е окислена форма на коензима NAD молекула, докато NADH молекулите са редуцирана форма. НАД+ може да приема електрони, докато NADH може да дарява електрони. Клетката изисква и двете, за да завърши редица биологични процеси.
3. Как NAD+ става NADH?
NAD+ се редуцира до NADH, когато приеме два електрона и водороден йон (протон) от друга молекула.
По време на окислително-редукционна реакция НАД+ приема два електрона и водороден йон от субстратна молекула, която се окислява в процеса. Тази реакция превръща NAD+ в неговата редуцирана форма, NADH, която получава два електрона и водороден йон.
