Nicotinamidadenindinukleotid

Strukturformel
NAD+ (oxidierte Form)
Allgemeines
Name	Nicotinamidadenindinukleotid
Andere Namen	Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid Nadid (INN) (oxidierte Form, inneres Salz)
Summenformel	C21H27N7O14P2 (oxidierte Form, inneres Salz) C21H29N7O14P2 (reduzierte Form)
CAS-Nummer	53-84-9 (oxidierte Form, inneres Salz)
PubChem	5892
Kurzbeschreibung	farbloses, hygroskopisches Pulver (oxidierte Form, inneres Salz)[1]
Eigenschaften
Molare Masse	663,43 g·mol−1 (oxidierte Form, inneres Salz) 665,45 g·mol−1 (reduzierte Form)
Aggregatzustand	fest
Schmelzpunkt	140–142 °C (Zersetzung) (oxidierte Form, inneres Salz)[1]
Löslichkeit	schlecht in Wasser (10 g·l−1)[2]
Sicherheitshinweise
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [3] keine Gefahrensymbole R- und S-Sätze R: keine R-Sätze S: keine S-Sätze
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Vorlage:Infobox Chemikalie/Summenformelsuche vorhanden

Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid, eigentlich Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid (abgekürzt NAD) ist ein Hydridionen (Zwei-Elektronen/Ein-Proton) übertragendes Koenzym, das an zahlreichen Redoxreaktionen des Stoffwechsels der Zelle beteiligt ist.

Von der IUPAC/IUBMB werden die Abkürzungen NAD⁺ für die oxidierte Form, NADH für die reduzierte Form und NAD im Allgemeinen vorgeschlagen. Zuweilen findet man allerdings noch NAD statt NAD⁺ und NADH₂ statt NADH.^[1]

Das Coenzym wurde 1904 von Arthur Harden und William Youndin entdeckt (Harden- und Young-Ester) und war in der älteren Fachliteratur bis zu den frühen 1960er Jahren auch unter der Bezeichnung Diphosphopyridinnucleotid, abgekürzt DPN, oder unter den Namen Codehydrase I bzw. Codehydrogenase I oder Coenzym I bekannt.^[1]

Im Vergleich zum Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADP⁺) und Nikotinsäureadenindinukleotidphosphat (NAADP), zwei sonst fast gleich gebauten Coenzymen, hat NAD einen Phosphat-Rest am Adenosin weniger, NADP besitzt am 2'C-Atom der Ribose einen weiteren Phosphatrest.

Chemie

Redoxreaktion des NAD: NAD⁺ kann durch Aufnahme von zwei Elektronen (e⁻) und einem Proton (H⁺) zu NADH reduziert werden.

Biochemie

Funktion

NAD⁺ dient dem Organismus meist als Oxidationsmittel. Daher ist das Verhältnis NADH/NAD⁺ klein (<<1), um ein entsprechend positives Redoxpotential zu erzielen. Als Reduktionsmittel kommt aber vor allem NADPH zum Einsatz. Daher ist das Verhältnis NADPH/NADP⁺ groß (>>1), um zu einem entsprechend negativen Redoxpotential zu gelangen. Somit wird klar, warum es zwei differenzierbare Redoxcofaktoren geben muss. Ein einzelnes Redoxpaar könnte nicht gleichzeitig ein hohes Redoxpotential für biologische Oxidationen und ein niedriges Redoxpotential für biologische Reduktionen bereitstellen.

Die energiereiche, reduzierte Form NADH dient im oxidativen Stoffwechsel als energielieferndes Coenzym der Atmungskette, wobei ATP generiert wird. Bei ihrer Oxidation gibt sie die zuvor im katabolen Glucose- und/oder Fettstoffwechsel aufgenommenen Elektronen wieder ab und überträgt sie so im Rahmen der intrazellulären Knallgasreaktion auf Sauerstoff. Dabei entstehen schließlich NAD⁺ und Wasser.

NAD⁺ ist auch ein Koenzym von Dehydrogenasen, z. B. der Alkoholdehydrogenase (ADH), die Alkohol oxidieren.

Biosynthese

NAD⁺ wird im Körper sowohl aus Niacin (Nicotinsäure, Vitamin B3) oder Nicotinamid, als auch aus den Abbauprodukten der Aminosäure Tryptophan produziert. Da beide Ausgangsstoffe essenziell sind, sind Mangelerscheinungen möglich, aber durch die Redundanz beider Stoffwechselwege selten.

Knotenpunkt beider Reaktionswege ist Nicotinat-D-ribonukleotid, das direkt aus Niacin mithilfe der Nicotinat-Phosphoribosyltransferase gebildet werden kann, oder das aus dem Tryptophan-Abbauprodukt Chinolinsäure mittels des Enzyms Chinolinat-Phosphoribosyltransferase entsteht. Letztere Reaktion findet hauptsächlich in der Leber statt.^[4]

An Nicotinat-D-ribonukleotid wird im nächsten Schritt Adenosinphosphat addiert. Diese Reaktion wird von der Nicotinamidnukleotid-Adenylyltransferase katalysiert, und es entsteht Deamido-NAD⁺. Dieses wird schließlich mithilfe der NAD-Synthase zu NAD⁺ aminiert.

Ein weiterer Syntheseweg beginnt mit Nicotinamid, das mit der Nicotinamid-Phosphoribosyltransferase zum Dinukleotid umgesetzt wird; dieses ist bereits ein Amid, so dass nur noch die Übertragung von Adenosinphosphat mit der o. g. Transferase notwendig ist, um NAD⁺ zu erhalten.

Die energiereiche, reduzierte Form NADH entsteht im Katabolismus (bei der Glykolyse und im Citratzyklus).

Absorptionseigenschaften

Absorptionsspektrum von NAD⁺ und NADH.

Das Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid verfügt sowohl in seiner reduzierten (NADH) als auch in seiner oxidierten (NAD⁺) Form über einen identischen Adeninbereich (vgl. Strukturformel). Dieser absorbiert Licht bei einer Wellenlänge von 260 nm, dies erklärt das im Diagramm dargestellte, gemeinsame Absorptionsmaximum in dem Bereich 260 nm. Auffällig ist hier, dass bei gleicher Konzentration der Substanzen die Absorption des NAD+ in diesem Bereich höher ist als von NADH. Der Grund dafür ist, dass sich die Absorption des oxidierten, mesomeren Nicotinamidrings, der ebenfalls bei 260 nm absorbiert, mit der Absorption des Adenins überlagert und so für die erhöhte Absorption bei 260 nm sorgt. Wird der Nicotinamidring reduziert, so entsteht ein chinoides System, das nun Licht mit einer Wellenlänge von 340 nm absorbiert.

Dieser Unterschied zwischen NAD⁺ und NADH im UV-Spektrum ermöglicht es, die Konversion zwischen oxidierter und reduzierter Form des Coenzyms in einem Spektrophotometer zu beobachten. So kann photometrisch in einem Enzym-Assay die Oxidation bzw. Reduktion von NADH bzw. NAD⁺ beobachtet werden, wenn das eingesetzte Enyzm NAD als Substrat verwendet. Die Menge des dabei umgesetzten Substrats lässt sich durch die Änderung der Absorption bei 340 nm photometrisch verfolgen, die Konzentration kann dann mit Hilfe des Lambert-Beersches Gesetzes bestimmt werden. Da diese proportional zu der Menge des umgesetzten Cosubstrats ist, sind so indirekt quantitative Aussagen über die Menge an umgesetztem Substrat bzw. hergestelltem Produkt möglich. Würde man die Substrat- und Produktkonzentration direkt verfolgen, wäre dies dagegen nur sehr viel schwieriger möglich.

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d} Thieme Chemistry (Hrsg.): Römpp Online. Version 3.1. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2007.
2. ↑ Datenblatt Nicotinamidadenindinukleotid bei Merck, abgerufen am 14. Dezember 2010.
3. ↑ Datenblatt Nicotinamidadenindinukleotid bei Carl Roth, abgerufen am 14. Dezember 2010.
4. ↑ Fukuwatari T, Morikawa Y, Hayakawa F, Sugimoto E, Shibata K: Influence of adenine-induced renal failure on tryptophan-niacin metabolism in rats. In: Biosci. Biotechnol. Biochem.. 65, Nr. 10, Oktober 2001, S. 2154–2161. PMID 11758903.

Weblinks

 Wikibooks: Biochemie und Pathobiochemie: Nicotinat- und Nicotinamid-Stoffwechsel – Lern- und Lehrmaterialien

• reactome.org: Nicotinate metabolism