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辅酶I(NAD)的分布
辅酶I(NAD),化学名为烟酰胺腺嘌呤二核甘酸或二磷酸烟苷,是生物体新陈代谢过程中最重要的氧化还原酶类的辅酶(如脱氢酶辅酶)。在哺乳动物体内存在氧化型(NAD+)和还原型(NADH)两种状态,参与上千种氧化还原反应。细胞内的辅酶I(NAD)含量明显高于血液中的含量。在细胞内,线粒体和细胞溶质内含有丰富的辅酶I(NAD),并且它在两者间的含量因细胞而异。如心肌细胞线粒体内含有稳定和较高含量的辅酶I(NDA),而细胞溶质内的辅酶I(NAD)稍少。有科学家提出细胞溶质内的辅酶I可能是由细胞核产生, 然后通过核孔被动扩散到细胞溶质中。在肝细胞内,线粒体里辅酶I(NAD)含量只占总量的30-40%,大部分位于细胞溶质中。在无线粒体的红细胞中,细胞溶质内含有丰富的辅酶I。同时大量研究发现能量需求大的组织中辅酶I含量明显大于其他组织。如心脏、脑、肌肉等组织中需要大量的辅酶I。在人体血浆和细胞外液中辅酶I(NAD)含量可达到50nM-100nM。这些细胞外的辅酶I(NAD)主要由细胞内释放或相关酶的代谢产生,直接作为信号分子参与信号传递,在不同的组织细胞中产生不同的生理功能。
辅酶I(NAD)的重要的生理功能
最早关于辅酶I(NAD)的认识集中在细胞物质和能量代谢方面。它作为生物催化反应必不可少的辅酶,参与上千种生理反应,如细胞三羧酸循环(TCA)、脂肪β氧化等,在糖、脂肪、氨基酸等营养物质的代谢利用过程中具有重要意义。尤其是线粒体内的辅酶I(NAD+)在TCA循环中接受电子传递还原成还原型辅酶I(NADH),通过电子传递能够抑制自由基生成,增加谷胱甘肽含量,抑制细胞色素C从线粒体释放,同时作为电子传递链最重要的氢供体,1mol辅酶I(NAD)可以生成3molATP,是细胞生命活动能量的重要来源。另外,辅酶I(NAD)在体内的代谢物如辅酶II(NADP(H))、烟酰胺(NAM)、ADP核糖等物质在人体细胞能量代谢、氧化压力调节和信号通路传递方面有着重要作用。
随着研究深入,辅酶I(NAD)更多重要的生理功能被揭开。其中的最重要的发现是它是NAD依赖性ADP核糖基转移酶的唯一底物。这类酶在体内主要有三种:1.ADP核糖基转移酶或聚核糖基聚合酶(PARP);2.环ADP核糖合成酶(cADPR synthases);3.III蛋白型赖氨酸去乙酰化酶sirtuins。这类酶将辅酶I(NAD)作为底物分解成ADP核糖和烟酰胺(Nam),在不同细胞中发挥不同生理功能。如PARP位于多种细胞细胞核内,当自由基和氧化剂对细胞造成损伤时,DNA单链会发生断裂,PARP会被激活。激活的PARP利用辅酶I(NAD)作为底物转移ADP核糖基到目标蛋白上,同时生成烟酰胺(Nam),这些目标蛋白参与DNA修复、基因表达、细胞周期进展、细胞存活、染色体重建和基因稳定性等多种功能。而环核糖聚合酶(cADP合酶)是由一对细胞外酶组成,这对外酶就是熟悉的淋巴细胞抗原CD38和CD157,它们以NAD为底物生成环ADP核糖——重要的钙信号(calcium signaling)信使,在钙稳态维持方面和免疫应答方面具有重要生理意义。Sirtuins是一种组蛋白去乙酰化酶,在哺乳动物内有7种不同的亚型(SIRT1-SIRT7),调节多种细胞功能,在细胞抗逆性、能量代谢、细胞凋亡和衰老过程中具有重要作用。Sirtuins对代谢平衡的调节将直接影响到与代谢相关的各种疾病,如SIRT1 在辅酶I(NAD)的参与下调节组蛋白的乙酰化状态,对增强心脏耐受氧化应激、调节心肌能量代谢及抗衰老等起着重要作用。
参考文献:
1.The NAD World: A New Systemic Regulatory Network for Metabolism and Aging— Sirt1,Systemic NAD Biosynthesis,and Their Importance
2.NAD+ metabolism and oxidative stress:golden nucleotide on a crown of thorns
3.Niacin Status, NAD Distribution and ADP-Ribose Metabolism
4.NAD and ADP-ribose metabolism in mitochondria |
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