Jabarkan Sifat-sifat fisika dan kimia dari Nikotinamida adenina dinukleotida

Nikotinamida adenina dinukleotida, sama seperti senyawa dinukleotida pada umumnya, mengandung nukleotida yang dihubungkan oleh satu pasang gugus fosfat yang menjembatani keduanya. Nukleotida ini tersusun atas cincin ribosa dengan adenina yang melekat pada atom karbon pertama 1' cincin tersebut. Gugus nikotinamida dapat dilekatkan ke dalam dua orientasi pada satu atom karbon anomerik. Karena terdapat dua struktur yang dimungkinkan, senyawa ini berupa diastereomer. Diastereomer β-nikotinamida dari NAD adalah bentuk yang ditemukan pada organisme. Kedua nukleotida ini dihubungkan bersama oleh dua gugus fosfat melalui karbon 5'.

Dalam metabolisme, senyawa ini menerima ataupun mendonorkan elektronnya dalam reaksi redoks. Reaksi ini (diringkaskan oleh persamaan di bawah) melibatkan pelepasan dua atom hidrogen dari reaktan (R), dalam bentuk ion hidrida (H) dan proton (H). Proton dilepaskan ke dalam larutan, manakala reduktan RH dioksidasi dan NAD direduksi menjadi NADH melalui transfer hidrida menuju cincin nikotinamida.

RH + NAD → NADH + H + R

Dari pasangan elektron hidrida, satu elektron ditransfer ke nitrogen cincin nikotinamida yang bermuatan positif, dan atom hidrogen kedua ditransfer ke atom karbon C4 yang berseberangan dengan nitrogen ini. Potensial elektroda standar pasangan redoks NAD/NADH adalah −0,32 volt, membuat NADH sebagai reduktor kuat. Reaksi ini sangat mudah berbalik arah, ketika NADH direduksi menjadi molekul lain dan dioksidasi kembali menjadi NAD. Hal ini berarti koenzim ini dapat secara terus-menerus berada dalam siklus NAD dan NADH tanpa sendirinya dikonsumsi.

Secara fisik, koenzim ini berbentuk bubuk amorf yang higroskopik dan sangat larut dalam air. Padatan ini stabil jika disimpan dalam keadaan gelap dan kering. Larutan NAD tidak berwarna dan stabil selama satu pada temperatur 4 °C dan pH netral. Ia akan terurai dengan cepat apabila terkena asam ataupun basa. Seketika terurai, produk dekomposisi ini merupakan inhibitor enzim.

Baik NAD dan NADH menyerap ultraviolet dengan sangat kuat oleh karena keberadaan basa adeninanya. Sebagai contoh, puncak absorpsi NAD berada pada panjang gelombang 259 nanometer (nm), dengan koefisien pemunahan 16.900 Mcm. NADH juga menyerap panjanga gelombang yang lebih tinggi, dengan puncak kedua dalam absorpsi UV-nya adalah 339 nm dengan koefisien atenuasi molar 6.220 Mcm. Perbedaan spektrum absorpsi ultraviolet antara bentuk koenzim yang teroksidasi dengan yang tereduksi ini membuat zat ini sangat mudah diukur pada uji enzim.

NAD dan NADH juga memiliki spektrum fluoresens yang berbeda. NADH dalam larutan memiliki puncak emisi pada 460 nm dan waktu paruh fluoresens sepanjang 0,4 nanosekon, manakala pada koenzim yang teroksidasi tidak memiliki emisi fluoresens. Sifat sinyal fluoresens berubah ketika NADH terikat pada protein, sehingga perubahan ini dapat digunakan untuk mengukur konstanta disosiasi, yang sangat berguna dalam kajian kinetika enzim. Perubahan dalam sinyal fluoresens ini juga digunakan untuk mengukur perubahan dalam keadaan redoks sel hidup, melalui mikroskopi fluoresens.

Konsentrasi dan keadaan zat dalam sel

Dalam hati tikus, kandungan total NAD dan NADH adalah kira-kira 1 μmol per gram berat basah hewan, sekitar 10 kali lipat konsentrasi NADP dan NADPH dalam sel yang sama. Konsentrasi sebenarnya NAD dalam sitosol sel sulit diukur, dengan perkiraan terbaru dalam sel hewan berkisar antara 0,3 M sampai dengan 1,0 sampai 2,0 mM dalam ragi. Namun, sekitar 80% zat ini terikat pada protein, sehingga konsentrasinya dalam larutan haruslah lebih rendah.

Data konsentrasi zat ini pada bagian sel lainnya sangat terbatas, walaupun dalam mitokondria konsentrasi NAD sama dengan konsentrasi zat ini dalam sitosol. NAD dibawa ke dalam mitokondria melalui protein transpor membran yang khusus oleh karena koenzim ini tidak dapat berdifusi melewati membran.

Keseimbangan antara bentuk NAD yang teroksidasi dengan bentuk yang tereduksi disebut rasio NAD/NADH. Rasio ini merupakan komponen penting yang disebut sebagai keadaan redoks sel. Keadaan redoks sel adalah ukuran yang mencerminkan baik aktivitas metabolisme sel maupun kesehatan sel. Efek rasio NAD/NADH terhadap sel sangatlah kompleks. Ia mengontrol aktivitas beberapa enzim kunci, meliputi gliseraldehida 3-fosfat dehidrogenase dan piruvat dehidrogenase. Dalam jaringan mamalia yang sehat, perkiraan rasio NAD/NADH umumnya berkisar sekitar 700; sehingga lebih menguntungkan bagi reaksi oksidasi. Sebaliknya, rasio NADP/NADPH umumnya sekitar 0,005.