Φωσφορικό νικοτιναμιδοαδενινοδινουκλεοτίδιο

Φωσφορικό νικοτιναμιδοαδενινοδινουκλεοτίδιο, NADP) (Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) (ή, παλαιότερα, τριφωσφοπυριδινονουκλεοτίδιο (triphosphopyridine nucleotide TPN)), είναι ένας συμπαράγοντας που χρησιμοποιείται σε αναβολικές αντιδράσεις, όπως ο κύκλος του Κάλβιν και οι συνθέσεις λιπιδίων και νουκλεϊκών οξέων, οι οποίες απαιτούν NADPH ως αναγωγικό παράγοντα (πηγή υδρογόνου). Το NADPH είναι η αναγμένη μορφή, ενώ το NADP είναι η οξειδωμένη μορφή. Το NADP χρησιμοποιείται από όλες τις μορφές κυτταρικής ζωής. Το NADP είναι απαραίτητο για τη ζωή επειδή είναι απαραίτητο για την κυτταρική αναπνοή.

Το NADP διαφέρει από το NAD λόγω της παρουσίας μιας επιπλέον φωσφορικής ομάδας στη θέση 2' του δακτυλίου της ριβόζης που φέρει το τμήμα της αδενίνης. Αυτό το επιπλέον φωσφορικό προστίθεται από την κινάση NAD+ και απομακρύνεται από την φωσφατάση NADP+.

 Βιοσύνθεση 

 NADP 
Γενικά, το NADP+ συντίθεται πριν από το NADPH. Μια τέτοια αντίδραση ξεκινά συνήθως με NAD+ είτε από την νέα είτε από την οδό διάσωσης, με την NAD+ κινάση να προσθέτει την επιπλέον φωσφορική ομάδα. Η κυκλάση του ριβοζυλ-ADP επιτρέπει τη σύνθεση από νικοτιναμίδιο στην οδό διάσωσης, και η NADP+ φωσφατάση μπορεί να μετατρέψει το NADPH πίσω σε NADH για να διατηρήσει μια ισορροπία. Ορισμένες μορφές της κινάσης NAD+, κυρίως αυτή στα μιτοχόνδρια, μπορούν επίσης να δεχτούν NADH για να το μετατρέψουν απευθείας σε NADPH. Η προκαρυωτική οδός είναι λιγότερο κατανοητή, αλλά με όλες τις παρόμοιες πρωτεΐνες η διαδικασία θα πρέπει να λειτουργεί με παρόμοιο τρόπο.

 NADPH 
Το NADPH παράγεται από το NADP+. Η κύρια πηγή NADPH σε ζώα και άλλους μη φωτοσυνθετικούς οργανισμούς είναι η οδός των φωσφορικών πεντοζών, μέσω της αφυδρογονάσης της 6-φωσφορικής γλυκόζης (G6PDH) στο πρώτο βήμα. Η οδός των φωσφορικών πεντοζών παράγει επίσης πεντόζη, ένα άλλο σημαντικό μέρος του NAD(P)H, από γλυκόζη. Ορισμένα βακτήρια χρησιμοποιούν επίσης G6PDH για την οδό Entner-Doudoroff, αλλά η παραγωγή NADPH παραμένει η ίδια.

Η αναγωγάση της φερεδοξίνης–NADP, που υπάρχει σε όλους τους τομείς της ζωής, αποτελεί σημαντική πηγή NADPH σε φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένων των φυτών και των κυανοβακτηρίων. Εμφανίζεται στο τελευταίο βήμα της ηλεκτρονικής αλυσίδας των φωτοαντιδράσεων της φωτοσύνθεσης. Χρησιμοποιείται ως αναγωγική δύναμη για τις βιοσυνθετικές αντιδράσεις στον κύκλο του Κάλβιν για την αφομοίωση του διοξειδίου του άνθρακα και τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε γλυκόζη. Έχει λειτουργίες στην αποδοχή ηλεκτρονίων και σε άλλες μη φωτοσυνθετικές οδούς: είναι απαραίτητη στην αναγωγή των νιτρικών σε αμμωνία για την αφομοίωση των φυτών στον κύκλο του αζώτου και στην παραγωγή ελαίων.

Υπάρχουν αρκετοί άλλοι λιγότερο γνωστοί μηχανισμοί παραγωγής NADPH, οι οποίοι εξαρτώνται όλοι από την παρουσία μιτοχονδρίων στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Τα βασικά ένζυμα σε αυτές τις διεργασίες που σχετίζονται με τον μεταβολισμό του άνθρακα είναι οι ισομορφές του μηλικού ενζύμου, της ισοκιτρικής αφυδρογονάσης (IDH) και της γλουταμινικής αφυδρογονάσης που συνδέονται με το NADP. Σε αυτές τις αντιδράσεις, το NADP+ δρα όπως το NAD+ σε άλλα ένζυμα ως οξειδωτικός παράγοντας. Ο μηχανισμός της ισοκιτρικής αφυδρογονάσης φαίνεται να είναι η κύρια πηγή NADPH στο λίπος και πιθανώς και στα ηπατικά κύτταρα. Αυτές οι διεργασίες εντοπίζονται επίσης στα βακτήρια. Τα βακτήρια μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν μια αφυδρογονάση της 3-φωσφορικής γλυκεριναλδεΰδης που εξαρτάται από το NADP για τον ίδιο σκοπό. Όπως και η οδός των φωσφορικών πεντοζών, αυτές οι οδοί σχετίζονται με μέρη της γλυκόλυσης. Μια άλλη οδός που σχετίζεται με τον μεταβολισμό του άνθρακα και εμπλέκεται στην παραγωγή NADPH είναι ο μιτοχονδριακός κύκλος του φυλλικού οξέος, ο οποίος χρησιμοποιεί κυρίως σερίνη ως πηγή μονάδων ενός ατόμου άνθρακα για τη διατήρηση της σύνθεσης νουκλεοτιδίων και της οξειδοαναγωγικής ομοιόστασης στα μιτοχόνδρια. Ο μιτοχονδριακός κύκλος του φυλλικού οξέος έχει πρόσφατα προταθεί ως ο κύριος παράγοντας που συμβάλλει στην παραγωγή NADPH στα μιτοχόνδρια των καρκινικών κυττάρων.

Το NADPH μπορεί επίσης να παραχθεί μέσω οδών που δεν σχετίζονται με τον μεταβολισμό του άνθρακα. Η αναγωγάση φερρεδοξίνης είναι ένα τέτοιο παράδειγμα. Η διαϋδρογονάση του νικοτιναμιδονουκλεοτιδίου (Nicotinamide nucleotide transhydrogenase) μεταφέρει το υδρογόνο μεταξύ NAD(P)H και NAD(P)+ και βρίσκεται σε ευκαρυωτικά μιτοχόνδρια και σε πολλά βακτήρια. Υπάρχουν εκδοχές που εξαρτώνται από μια βαθμίδα πρωτονίων για να λειτουργήσουν και εκδοχές που δεν εξαρτώνται. Ορισμένοι αναερόβιοι οργανισμοί χρησιμοποιούν υδρογονάση συνδεδεμένη με NADP+, αποσπώντας ένα υδρίδιο από το αέριο υδρογόνο για να παράγουν ένα πρωτόνιο και NADPH.

Όπως το NADH, το NADPH είναι φθορίζον. Το NADPH σε υδατικό διάλυμα, διεγερμένο στην απορρόφηση νικοτιναμιδίου ~335 nm (εγγύς υπεριώδη ακτινοβολία), έχει εκπομπή φθορισμού που κορυφώνεται στα 445-460 nm (ιώδες έως γαλάζιο). Το NADP δεν έχει αξιόλογο φθορισμό.

 Λειτουργία 
Το NADPH παρέχει τους αναγωγικούς παράγοντες, συνήθως άτομα υδρογόνου, για βιοσυνθετικές αντιδράσεις και την οξειδοαναγωγή που εμπλέκεται στην προστασία από την τοξικότητα των δραστικών μορφών οξυγόνου (ROS), επιτρέποντας την αναγέννηση της γλουταθειόνης (GSH). Το NADPH χρησιμοποιείται επίσης για αναβολικές οδούς, όπως σύνθεση χοληστερόλης, σύνθεση στεροειδών, σύνθεση ασκορβικού οξέος, σύνθεση ξυλιτόλης, σύνθεση κυτυτταροδιαλυματικών λιπαρών οξέων  και μικροσωμική επιμήκυνση αλυσίδας λιπαρών οξέων.

Το σύστημα NADPH είναι επίσης υπεύθυνο για την παραγωγή ελεύθερων ριζών στα ανοσοκύτταρα από την οξειδάση NADPH. Αυτές οι ρίζες χρησιμοποιούνται για την καταστροφή παθογόνων οργανισμών σε μια διαδικασία που ονομάζεται αναπνευστική έκρηξη (respiratory burst).
Είναι η πηγή αναγωγικών ισοδυνάμων για την υδροξυλίωση του κυτοχρώματος P450 των αρωματικών ενώσεων, των στεροειδών, της αιθανόλης και των φαρμάκων.

 Σταθερότητα 
Τα NADH και NADPH είναι πολύ σταθερά σε βασικά διαλύματα, αλλά τα NAD+ και NADP+ αποικοδομούνται σε βασικά διαλύματα σε ένα φθορίζον προϊόν που μπορεί να χρησιμοποιηθεί εύκολα για ποσοτικοποίηση. Αντίθετα, τα NADPH και NADH αποικοδομούνται από όξινα διαλύματα, ενώ τα NAD+/NADP+ είναι μέτρια σταθερά σε οξύ.

 Ένζυμα που χρησιμοποιούν NADP(H) ως συνένζυμο 
Πολλά ένζυμα που συνδέονται με το NADP μοιράζονται μια κοινή υπερδευτερογενή δομή που ονομάζεται πτυχή Rossmann. Η αρχική πτυχή βήτα-άλφα-βήτα (βαβ) είναι το πιο συντηρημένο τμήμα των πτυχών Rossmann. Αυτό το τμήμα έρχεται σε επαφή με το τμήμα ADP του NADP. Επομένως, ονομάζεται επίσης πτυχή βαβ που συνδέεται με ADP.

 Αναγωγάση αδρενοδοξίνης: Αυτό το ένζυμο υπάρχει πανταχού παρόν στους περισσότερους οργανισμούς. Μεταφέρει δύο ηλεκτρόνια από το NADPH στο FAD. Στα σπονδυλωτά, χρησιμεύει ως το πρώτο ένζυμο στην αλυσίδα των μιτοχονδριακών συστημάτων P450 που συνθέτουν στεροειδείς ορμόνες.

 Ένζυμα που χρησιμοποιούν NADP(H) ως υπόστρωμα 
Το 2018 και το 2019, εμφανίστηκαν οι δύο πρώτες αναφορές για ένζυμα που καταλύουν την απομάκρυνση του 2' φωσφορικού του NADP(H) σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Πρώτα η κυτταροπλασματική πρωτεΐνη MESH1 (), κατόπιν αναφέρθηκε η μιτοχονδριακή πρωτεΐνη νoκτουρνίνη (nocturnin) Αξίζει να σημειωθεί ότι οι δομές και η σύνδεση NADPH της MESH1 (5VXA) και της νοκτουρνίνης (6NF0) δεν σχετίζονται.

 Παραπομπές 

Κατηγορία:Νουκλεοτίδια
Κατηγορία:Συνένζυμα