Nikotinamida adenina dinukleotida
Nikotinamida adenina dinukleotida, disingkat NAD, adalah koenzim yang ditemukan di semua sel hidup. Senyawa ini berupa dinukleotida, yakni mengandung dua nukleotida yang dihubungkan melalui gugus fosfat, dengan satu nukleotida mengandung basa adenina dan yang lainnya mengandung nikotinamida.
Dalam metabolisme, NAD terlibat dalam reaksi redoks, dengan membawa elektron dari satu reaksi ke reaksi lainnya. Koenzim ini oleh karenanya ditemukan dalam dua bentuk yang berbeda: NAD sebagai oksidator, dan NADH sebagai reduktor. NAD menerima elektron dari molekul lain dan menjadi tereduksi (NADH), dan begitu pula sebaliknya. Reaksi transfer elektron ini
merupakan salah satu fungsi NAD. Namun ia juga memiliki fungsi lain pada proses seluler lainnya, utamanya adalah sebagai substrat enzim yang menambah maupun mengurangi gugus fungsi pada protein dalam modifikasi pascatranslasional. Karena fungsinya yang penting ini, enzim-enzim yang terlibat dalam metabolisme sering menjadi target pengembangan obat-obatan.
Dalam organisme, NAD dapat disintesis secara "de novo" (dari blok-blok molekul kecil) dari asam amino triptofan ataupun asam aspartat. Selain itu, NAD dapat juga diperoleh dari sumber makanan yang mengandung vitamin niasin.
Nikotinamida adeninan 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 -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.
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 titik tengah 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 16900 Mcm. NADH juga menyerap panjanga gelombang yang lebih tinggi, dengan puncak kedua dalam absorpsi UV-nya adalah 339 nm dengan koefisien pemunahan 6220
Mcm. Perbedaan spektrum absorpsi ultraviolet antara bentuk koenzim yang teroksidasi dengan yang tereduksi ini membuat zat ini sangat mudah diukur pada asai enzim.
NAD dan NADH juga memiliki spektrum fluoresens yang berbeda. NADH dalam larutan memiliki puncak emisi pada 460 nm dan paruh waktu fluoresens sepanjang 0.4 nanosekon, manakala pada koenzim yang teroksidasi tidak memiliki emisi fluoresens. Ciri-ciri sinyal fluoresens berubah ketika NADH mengikat kepada protein, sehingga perubahan ini dapat digunakan untuk mengukur tetapan 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.
Dalam hati tikus, kandungan total NAD dan NADH adalah kira-kira 1 mol 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 yang teroksidasi dengan bentuk yang tereduksi disebut sebagai rasio NAD/NADH. Rasio ini adalah komponen penting yang disebut sebagai "keadaan redoks" sel. Keadaan redoks sel adalah pengukuran 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 sel mamalia yang sehat, perkiraan rasio NAD/NADH umumnya berkisar sekitar 700; rasio ini oleh karenanya sangat memfavoritkan reaksi oksidasi. Sebaliknya, rasio NADP/NADPH umumnya sekitar 0.005.
NAD disintesis melalui dua lintasan metabolisme. Ia diproduksi baik melalui lintasan "de novo" yang menggunakan asam amino maupun melalui lintasan daur ulang dengan mendaur ulang komponen-komponen prekursor seperti nikotinamida menjadi NAD, lintasan yang lain disebut lintasan kinurenina yang dilalui oleh TRP. Lintasan kinurenina terbagi dua, yang
pertama adalah lintasan asam kinurenat, yang kedua adalah lintasan asam kuinolinat dan hidroksikynurenina-3. Ketiga senyawa organik tersebut merupakan prekursor dari NAD.
Kebanyakan organisme mensintesis NAD dari komponen-komponen yang sederhana. Reaksi yang terlibat berbeda-beda dari organisme yang satu ke organisme lain. Namun terdapat kesamaan dalam penghasilan QA dari asam amino tertentu seperti TRP pada hewan dan beberapa bakteri, ataupun asam aspartat pada beberapa bakteri dan tumbuhan. Asam kuinolinat diubah menjadi asam nikotinat adenina dinukleotida
(NaMN) melalui transfer gugus fosforibosa. Gugus adenilat kemudian ditransfer untuk membentuk asam nikotinat adenina dinukleotida (NaAD). Pada akhirnya, gugus asam nikotinat pada NaAD diamidasi menjadi gugus nikotinamida (Nam), membentuk nikotinamida adenina dinukleotida.
Pada langkah yang lebih lanjut, beberapa NAD diubah menjadi NADP oleh NAD+ kinase, yang memfosforilasi NAD. Pada kebanyakan organisme, enzim ini menggunakan ATP sebagai sumber gugus fosfat, walaupun pada bakteri seperti "Mycobacterium tuberculosis" dan archaea seperti "Pyrococcus horikoshii" menggunakan polifosfat anorganik sebagai donor fosfat alternatif.
Selain perakitan NAD secara "de novo" menggunakan asam amino sederhana, sel juga mendaur ulang senyawa-senyawa yang mengandung nikotinamida untuk menghasilkan NAD. Walaupun terdapat banyak prekursor-prekursor yang diketahui, terdapat tiga senyawa alamiah mengandung cincin nikotinamida yang digunakan dalam lintasan daur ulang ini, yakni asam nikotinat (Na),
nikotinamida (Nam), dan nikotinamida ribosida (NR). Prekursor-prekursor ini kemudian dimasukkan ke dalam lintasan biosintesis NAD (P) melalui reaksi adenilasi dan fosforibosilasi seperti yang ditunjukkan pada ilustrasi di atas. Senyawaan-senyawaan ini dapat berasal dari makanan, dimana campuran asam nikotinat dan nikotinamida disebut sebagai vitamin B