Dinucleótido de nicotinamida e adenina

O **dinucleótido de nicotinamida e adenina**, tamén chamado **nicotinamida adenina dinucleótido** ou **nicotín adenín dinucleótido**, abreviado como **NAD+** (forma oxidada) ou **NADH** (forma reducida), é un dos coencimas máis importantes da célula, que intervén en reaccións redox (con encimas oxidorredutases) e pode ceder electróns á cadea de transporte electrónico, polo que é importante na produción de enerxía na célula. É un dinucleótido, xa que está formado por dous nucleótidos unidos polos seus grupos fosfato, un deles leva a base nitroxenada adenina e o outro a nicotinamida, que deriva da vitamina B3.

No metabolismo o NAD+/NADH está implicado en reaccións de oxidación-redución, nas que capta/cede electróns e hidróxenos, e pode servir para levar electróns dunha reacción química a outra. Pode atoparse en dúas formas: en forma oxidada ou NAD+, que funciona nas reaccións como oxidante doutras moléculas á vez que se reduce a NADH, ou en forma reducida ou NADH, que funciona como redutor doutras moléculas á vez que se oxida a NAD+. As reaccións de transferencia de electróns son a principal función do NAD+, que tamén se emprega noutros procesos celulares, o máis importante dos cales é ser substrato de encimas que adicionan ou eliminan grupos químicos das proteínas nas modificacións postraducionais. Debido á importancia destas funcións, os encimas implicados no metabolismo do NAD+ son obxectivos para o descubrimento de fármacos.

Nos organismos o NAD+ pode sintetizarse a partir de biomoléculas sinxelas como os aminoácidos triptófano ou ácido aspártico ou poden obterse os seus compoñentes ou precursores dos alimentos, como a vitamina niacina ou B3. Tamén se poden obter compoñentes nas reaccións de descomposición do NAD+. Estes compoñentes preformados pasan entón por unha vía de reciclaxe que os converte de novo na forma activa. Parte do NAD+ convértese tamén en nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP+), que é outro importante coencima, que actúa quimicamente igual, pero intervén noutras vías metabólicas.

## Propiedades físicas e químicas 
O dinucleótido de nicotinamida e adenina, igual que todos os *dinucleótidos*, está formado por dous nucleótidos unidos por un par de grupos fosfato que actúan como ponte. Ditos nucleótidos constan de dúas ribosas, unha unida á base nitroxenada adenina por enlace N-glicosídico, e a outra unida á nicotinamida de xeito similar. A porción de nicotinamida pode enlazarse con dúas orientacións distintas ao carbono anomérico do azucre. Debido a estas dúas posibles estruturas, o composto pode existir como dous diastereoisómeros, dos cales o diastereoisómero β-nicotinamida de NAD+ é a forma que se atopa na célula.

No metabolismo o composto acepta ou cede electróns en reaccións redox. Estas reaccións (resumidas na fórmula de abaixo) implican a extracción de dous átomos de hidróxeno do reactivo (RH2), en forma dun ión hidruro (:H-), e un protón (H+). O protón libérase no medio de reacción, mentres que o reactivo se oxida (e queda na forma R) e o NAD+ redúcese a NADH debido á transferencia do hidruro ao anel de nicotinamida. Pasaron á nicotinamida un átomo de hidróxeno (que pasa ao carbono 4) e un electrón, que neutraliza a carga + que tiña o nitróxeno do anel da molécula (é dicir, pasou un ión hidruro), e, como consecuencia, hai unha redistribución dos dobres enlaces no anel.

:RH2 + NAD+ → NADH + H+ + R

O potencial de punto medio do par redox NAD+/NADH é -0,32 voltios, o cal fai do NADH un forte axente redutor. A reacción é facilmente reversible cando o NADH reduce outra molécula e queda oxidado a NAD+. Isto significa que este coencima está cambiando ciclicamente entre as súas formas NAD+ e NADH sen ser consumida. A forma sólida é estable se se conserva seca e na escuridade. As solucións de NAD+ son incoloras e estables durante aproximadamente unha semana a 4 °C e un pH neutro (igual a 7), pero descompóñense rapidamente en ácidos ou álcalis. Tras a súa descomposición forman produtos que son inhibidores encimáticos.

Tanto o NAD+ como o NADH absorben fortemente as radiacións electromagnéticas na banda ultravioleta debido á presenza da base nitroxenada adenina. Por exemplo, o pico de absorción do NAD+ sitúase nunha lonxitude de onda de 259 nanómetros (nm), cun coeficiente molar de absorción de 16.900 M−1cm−1. Mentres que o NADH presenta ademais outro pico de absorción ultravioleta nos 339&nbsp;nm cun coeficiente molar de absorción de 6.220 M−1cm. Esta diferenza na absorción de espectros ultravioleta entre a forma oxidada e a reducida do coencima nas lonxitudes de onda máis altas fai que sexa sinxelo medir a conversión dunha forma á outra nos ensaios encimáticos, medindo a cantidade de absorción de raios UV de 340&nbsp;nm nun espectrómetro. As propiedades do sinal de fluorescencia cambian cando o NADH se une ás proteínas, polo que estes cambios poden ser utilizados para medir as constantes de disociación, as cales son útiles no estudo da cinética encimática. Estes cambios son utilizados tamén para medir os cambios no estado redox de células vivas, a través do microscopio de fluorescencia.

## Concentración e estado nas células 
Nun fígado de rata a cantidade total de NAD+ e NADH é aproximadamente de 1 μmol por gramo de peso fresco, unhas 10 veces a concentración de NADP+ e NADPH nas mesmas células. A concentración real de NAD+ no citosol da célula é máis difícil de medir, con estimacións recentes en células animais que están entre 0,3 mM, e aproximadamente de 1,0 a 2,0 mM en lévedos. Porén, máis do 80% está unido a proteínas, así que a concentración en solución é moito máis baixa.
[miniatura|150px|O NADH segundo o [modelado molecular|modelo de espazo cheo.]]
Os datos sobre outros compartimentos celulares son limitados, aínda que na mitocondria a concentración de NAD+ é similar á do citosol.

O balance entre a forma oxidada e reducida do dinucleótido de nicotinamida e adenina chámase proporción NAD+/NADH. Esta proporción é un compoñente do que se chama *estado redox* dunha célula, unha medición que reflicte tanto as actividades metabólicas como a saúde das células. Os efectos da proporción NAD+/NADH son complexos, pois controlan a actividade de varios encimas chaves, incluíndo a gliceraldehido-3-fosfato deshidroxenase e a piruvato deshidroxenase. Nos tecidos sans de mamíferos a estimación da proporción entre a NAD+ libre e a NADH no citoplasma encóntrase tipicamente arredor de 700; polo cal a proporción é favorable para reaccións de oxidación. A proporción de NAD+/NADH total é moito máis baixa, con estimacións entre 0,05 e 4. Polo contrario, a proporción de NADP+/NADPH está normalmente arredor de 0,005, así que o NADPH é a forma dominante deste coencima. Estas distintas proporcións son a chave para entendermos os diferentes papeis metabólicos que teñen o NADH e o NADPH.

## Biosíntese 
O NAD+ sintetízase a través de dúas vías metabólicas: unha ruta *de novo* a partir de aminoácidos, ou en vías de recuperación por medio da reciclaxe de compoñentes preformados como a nicotinamida utilizada de novo para sintetizar NAD+.

### Produción *de novo* 
[miniatura|350px|Algunhas vías metabólicas que sintetizan e consomen NAD+ nos [Vertebrata|vertebrados. As abreviaturas están definidas no texto.]]
A maioría dos organismos sintetizan NAD+ a partir de compoñentes simples. O ácido quinolínico convértese en mononucleótido de ácido nicotínico (NaMN) por medio da transferencia do grupo fosforribosa. Un grupo adenina transfírese entón para formar dinucleótido de ácido nicotínico e adenina (NaAD). Finalmente, o grupo de ácido nicotínico do NaAD sofre amidación e convértese nun grupo nicotinamida (Nam), formando así o dinucleótido de nicotinamida e adenina (NAD+). Na maioría dos organismos, este encima utiliza ATP como fonte do grupo fosfato, aínda que nalgunhas bacterias, como a *Mycobacterium tuberculosis* e algunhas archaea hipertermófilas como a *Pyrococcus horikoshii* do xénero *Pyrococcus*, usan polifosfatos inorgánicos como doantes alternativos de fosforilo (grupos fosfato).
miniatura|esquerda|300px|As vías de recuperación usan tres precursores para o NAD+.

### Vías de recuperación 
Ademais de ensamblar o NAD+ *de novo* a partir de aminoácidos precursores simples, as células tamén recuperan compostos preformados que conteñen nicotinamida. Aínda que se coñecen outros precursores, os tres compostos naturais que conteñen o anel de nicotinamida e son usados nestas vías metabólicas de recuperación ou "rescate" son o ácido nicotínico (Na), a nicotinamida (Nam) e a nicotinamida ribósido (NR). Os precursores introdúcense na vía biosintética do NAD(P)+ (mostrada abaixo) a través de reaccións de adenilación e fosforribosilación. As células poden tamén tomar NAD+ extracelular do seu medio.

A pesar da presenza da vía *de novo*, as reaccións de recuperación son esenciais nos seres humanos; unha carencia de niacina na dieta provoca a enfermidade de déficit vitamínico coñecida como pelagra. Esta elevada esixencia de NAD+ débese ao constante consumo do coencima en reaccións como modificacións postraducionais, xa que a transformación cíclica do NAD+ entre as forma oxidada e reducida nas reaccións redox non cambia en nada os niveis xerais do coencima. Por exemplo, algúns axentes patóxenos, como o lévedo *Candida glabrata* e a bacteria *Haemophilus influenzae* son auxótrofos de NAD+, é dicir, non poden sintetizar NAD+, pero posúen vías de recuperación e, por tanto, son dependentes de fontes externas de NAD+ ou dos seus precursores.

Aínda máis sorprendente é o patóxeno intracelular *Chlamydia trachomatis*, que no seu xenoma carece de candidatos reconocibles para calquera dos xenes implicados na biosíntese ou a recuperación tanto do NAD+ coma do NADP+, polo cal debe adquirir estes coencimas a partir do seu hospedante.

## Funcións 
[miniatura|250px|[Pregamento de Rossmann en parte da lactato deshidroxenase de *Cryptosporidium parvum*, mostrando o NAD+ en vermello, as láminas betas en amarelo, e as hélices alfa en violeta.]]

O NAD+/NADH ten varias funcións esenciais no metabolismo. Actúa como coencima nas reaccións redox, como doante de grupos ADP-ribosa nas reaccións de ADP-ribosilación, como precursor do segundo mensaxeiro da molécula cíclica ADP-ribosa, e tamén actúa como substrato para as ADN ligases bacterianas e un grupo de encimas chamados sirtuínas, que utilizan NAD+ para eliminar os grupos acetilo das proteínas acetiladas.

### Oxidorredutases 
O papel principal do NAD+ no metabolismo é a transferencia de electróns dunha molécula a outra. As reaccións deste tipo son catalizadas por un gran grupo de encimas que se denominan oxidorredutases. Os nomes correctos para estes encimas conteñen os nomes dos seus substratos: por exemplo, a NADH-ubiquinona oxidorredutase (ou NADH deshidroxenase) cataliza a oxidación do NADH polo coencima Q. Porén, estes encimas son tamén coñecidos como *deshidroxenases* ou *redutases*, co que a NADH-ubiquinona oxidorredutase chámase comunmente *NADH deshidroxenase* ou *coencima Q redutase*.

Cando o NAD+ e o NADH están unidos a unha proteína mantéñense habitualmente dentro dun motivo estrutural da proteína coñecido como pregamento de Rossmann. Este motivo recibe o seu nome do científico Michael Rossmann, que foi o primeiro en observar o común que é esta estrutura nas proteínas que se unen a nucleótidos. Este pregamento contén tres ou máis láminas beta paralelas unidas por dúas hélices alfa na orde beta-alfa-beta-alfa-beta. Isto forma unha lámina beta flanqueada por unha capa de hélices alfa a cada lado. Debido a que cada pregamento de Rossmann se une a un nucleótido, os dominios de unión para o dinucleótido NAD+ están formados por dous pregamentos de Rossmann, nos que cada un dos pregamentos se une a un dos nucleótidos do cofactor.
miniatura|esquerda|Conformación tridimensional do NAD+.

Cando se une ao sitio activo dunha oxidorredutase, o anel de nicotinamida do coencima colócase de modo que poida aceptar un hidruro do outro substrato. Debido a que o carbono C4 que acepta o hidróxeno é proquiral, isto pode ser aproveitado na cinética encimática para dar información sobre o mecanismo do encima. Isto faise por medio da mestura dun encima cun substrato que ten átomos de deuterio que substitúen os seus hidróxenos, polo que o encima reducirá o NAD+ transferindo deuterio en lugar de hidróxeno. Neste caso, un encima pode producir un dos dous estereoisómeros de NADH. Nalgúns encimas, o hidróxeno transfírese desde a parte superior do plano superior do anel de nicotinamida; estes denomínanse oxidorredutases de *clase A*, mentres que as de clase B transfiren o átomo desde abaixo.

Malia esta similitude na forma en que as proteínas se unen aos dous coencimas, os encimas case sempre mostran un alto nivel de especificidade, xa sexa polo NAD+ ou o NADP+. Esta especificidade reflicte as distintas funcións metabólicas dos respectivos coencimas, e é o resultado da presenza de diferentes series de residuos de aminoácidos nos dous tipos de sitio de unión para o coencima. Por exemplo, no sitio activo dos encimas dependentes de ADP, fórmase un enlace iónico entre a cadea lateral dun aminoácido básico e o grupo fosfato ácido do NADP+. Polo contrario, en encimas dependentes de NAD+, a carga neste oco invértese, evitando que se una o NADP+. Porén, hai unhas poucas excepcións a esta regra xeral, e encimas como a aldosa redutase, Glicosa-6-fosfato deshidroxenase (G6FD), e a metilentetrahidrofolato redutase poden utilizar ambos os coencimas nalgunhas especies.

### Funcións no metabolismo redox 
[miniatura|250px|Esquema simplificado do [metabolismo redox, mostrando como o NAD+ e o NADH conectan o ciclo de Krebs coa fosforilación oxidativa.]]
As reaccións redox catalizadas por oxidorredutases son vitais en todo o metabolismo, pero dentro do proceso destas reaccións é especialmente importante a liberación de enerxía a partir dos nutrientes, onde os compostos reducidos, como a glicosa, se oxidan, liberando deste modo enerxía, que se transfire ao NAD+, reducíndoo a NADH, como parte da glicólise e o ciclo de Krebs. En células eucariotas, os electróns transportados polo NADH que se produce no citosol por glicólise, son transferidos ao interior da mitocondria (para a súa reoxidación a NAD+) pola lanzadeira do malato-aspartato ou a lanzadeira do glicerol-fosfato. O NADH mitocondrial é entón oxidado á súa vez pola cadea de transporte de electróns, que bombea protóns ao longo da membrana e xera ATP por medio da fosforilación oxidativa. Estes sistemas de lanzadeira tamén teñen a mesma función de transporte nos cloroplastos.

Dado que as formas oxidada e reducida do dinucleótido de nicotinamida e adenina se usan nestes conxuntos enlazados de reaccións, a célula mantén concentracións significativas tanto de NAD+ coma de NADH, cunha alta proporción NAD+/NADH que permite a este coencima actuar como axente oxidante e axente redutor. Polo contrario, a función principal do NADP+ é a de ser axente redutor no anabolismo en vías como a biosíntese de ácidos graxos e a fotosíntese. Como o NADPH é necesario para impulsar as reaccións redox como un forte axente redutor, a proporción NADP+/NADPH mantense moi baixa.

Aínda que é importante no catabolismo, o NADH utilízase tamén en reaccións anabólicas como a gliconeoxénese. Esta necesidade de NADH no anabolismo presenta un problema para os procariotas que crecen utilizando nutrientes que liberan só pequenas cantidades de enerxía. Por exemplo, as bacterias nitrificantes como *Nitrobacter* oxidan o nitrito a nitrato, o que libera enerxía suficiente para bombear os protóns e xerar ATP, pero non para producir NADH directamente. Como o NADH segue sendo necesario para as reaccións anabólicas, estas bacterias usan unha nitrito oxidorredutase para producir suficiente forza protón-motriz e dirixir, en parte, a circulación de electróns na cadea de transporte de electróns en sentido inverso, xerando NADH.

### Funcións non redox 
O NAD+ consómese tamén nas reaccións de transferencia de ADP-ribosa. Por exemplo, os encimas chamados ADP-ribosiltransferases engaden o grupo ADP-ribosa desta molécula ás proteínas, nunha modificación postraducional chamada ADP-ribosilación. O NAD+ pode ser tamén engadido ao ARN como unha modificación de base. A ADP-ribosilación implica quer a adición dun só grupo ADP-ribosa (*mono-ADP-ribosilación*) quer a transferencia de ADP-ribosa ás proteínas en cadeas longas ramificadas (*poli(ADP-ribosil)ación*). A mono-ADP-ribosilación identificouse por primeira vez como o mecanismo utilizado por un grupo de toxinas bacterianas, particularmente a toxina colérica, pero tamén está implicada na comunicación celular normal. A poli(ADP-ribosil)ación lévana a cabo as poli(ADP-ribosa) polimerases. A estrutura da poli-(ADP-ribosa) está implicada na regulación de varios procesos celulares, e é a máis importante no núcleo celular, actuando en procesos como a reparación do ADN e o mantemento dos telómeros.
[miniatura|esquerda|280px|Estrutura da [ADP-ribosa cíclica.]]

Este coencima actúa tamén na comunicación celular como precursor da ADP-ribosa cíclica; que se produce a partir de NAD+ pola acción de ADP-ribosil ciclases, funcionando o coencima como un segundo mensaxeiro. Esta molécula actúa na sinalización de calcio liberando calcio das reservas intracelulares. Isto realízao uníndose e abrindo unha clase de canles de calcio chamadas receptores de rianodina, que se encontran localizadas nas membranas de orgánulos como o retículo endoplasmático.

O NAD+ tamén é consumido polas sirtuínas, que son deacetilases dependentes de NAD+, como a Sir2. Estes encimas actúan transferindo un grupo acetilo das súas proteínas substrato ao grupo ADP-ribosa do NAD+; isto rompe o coencima e libera nicotinamida e O-acetil-ADP-ribosa. As sirtuínas parecen estar implicadas principalmente na regulación da transcrición xenética por medio da desacetilación de histonas e a alteración da estrutura do nucleosoma. Porén, as sirtuínas poden desacetilar tamén proteínas non histonas. Estas actividades das sirtuínas son particularmente interesantes debido á súa importancia na regulación do envellecemento.

Outros encimas dependentes do NAD+ inclúen as ADN ligases bacterianas, que unen dous extremos do ADN usando NAD+ como un substrato para doar un grupo de adenosín monofosfato (AMP) ao fosfato 5' dun extremo do ADN. Este intermediario é entón atacado polo grupo hidroxilo 3' do outro extremo de ADN, formando un novo enlace fosfodiéster. Isto contrasta coas ADN ligases eucariotas, que utilizan ATP para formar o intermediario ADN-AMP.

## Usos farmacolóxicos 
Os encimas que xeran e utilizan NAD+ e NADH son importantes tanto para a farmacoloxía actual coma na investigación de tratamentos de diversas doenzas. O deseño e desenvolvemento de fármacos utiliza o NAD+ de tres formas: (1) como branco directo de fármacos, (2) por medio do deseño de inhibidores encimáticos ou outros activadores baseados na súa estrutura que cambia a actividade de encimas dependentes do NAD, e (3) tamén tratando de inhibir a biosíntese de NAD+.

O NAD+ non se usa actualmente como tratamento de ningunha enfermidade. Non obstante, é potencialmente útil como axente terapéutico nas enfermidades neurodexenerativas como a enfermidade de Alzheimer e a enfermidade de Parkinson. mentres que un ensaio clínico sobre a enfermidade de Parkinson no que se incluían grupos de control aos que se lles administraba placebo non puido demostrar efectos apreciables. O NAD+ tamén é un branco directo do fármaco isoniazida, o cal se usa no tratamento da tuberculose, unha infección producida por *Mycobacterium tuberculosis*. A isoniazida é un profármaco e unha vez que entra na bacteria, é activada por unha peroxidase, a cal oxida o composto á súa forma de radical libre. Este radical despois reacciona coa NADH, para producir adutos que son inhibidores moi potentes dos encimas enoíl-ACP redutases, e dihidrofolato redutase.

Como un gran número de oxidorredutases utilizan NAD+ e NADH como substratos, e se unen a eles utilizando un motivo estrutural altamente conservado, a idea de que inhibidores baseados en NAD+ poderían ser específicos dun encima é sorprendente. Non obstante, isto podería ser posible: por exemplo, os inhibidores baseados nos compostos ácido micofenólico e tiazofurina inhiben a IMP deshidroxenase no sitio de unión do NAD+. Debido á importancia deste encima no metabolismo das purinas, estes compostos poderían ser útiles como fármacos anticanceríxenos, antivirais ou inmunosupresores. Outros fármacos non son encimas inhibidores, senón que activan encimas implicados no metabolismo do NAD+. As sirtuínas son un branco particularmente interesante para estes fármacos, xa que a activación destas desacetilases dependentes de NAD aumenta a lonxevidade. Os compostos como o resveratrol aumentan a actividade destes encimas, que poden ser importantes dada a súa capacidade de atrasar o envellecemento tanto en organismos modelo de vertebrados coma de invertebrados.

Debido ás diferenzas nas vías metabólicas da biosíntese de NAD+ entre organismos tan distintos como bacterias e humanos, esta área do metabolismo é prometedora para o desenvolvemento de novos antibióticos. Por exemplo, o encima nicotinamidase, que converte a nicotinamida en ácido nicotínico, é un branco para o deseño de fármacos, xa que este encima está ausente en humanos, pero presente en fungos unicelulares e bacterias. Notificaron que ao engadiren extracto de lévedo fervido e filtrado a extractos de lévedo sen ferver, acelerábase moito a fermentación alcohólica. Chamaron *cofermento* ao factor non identificado responsable deste efecto. A través dunha longa e dificultosa purificación a partir de extractos de lévedo, o sueco Hans von Euler-Chelpin identificou este factor termoestable como un nucleótido de azucre-fosfato. En 1936, o científico alemán Otto Heinrich Warburg demostrou a función deste coencima nucleotídico na transferencia de hidruro (:H-) e identificou a porción de nicotinamida como o sitio das reaccións redox.

En 1938, Conrad Elvehjem identificou unha fonte de nicotinamida ao purificar niacina procedente do fígado e demostrou que esta vitamina contiña ácido nicotínico e nicotinamida, e logo, en 1939, proporcionou a primeira evidencia sólida de que a niacina se usaba para sintetizar NAD+. A principios da década de 1940, Arthur Kornberg realizou outra importante contribución para a comprensión do metabolismo do NAD+, ao ser o primeiro en detectar un encima na súa vía biosintética. Posteriormente, en 1949, os bioquímicos estadounidenses Morris Friedkin e Albert L. Lehninger descubriron que o NADH estaba vencellado a vías metabólicas como o ciclo do ácido cítrico e a síntese de ATP na fosforilación oxidativa.

Finalmente, en 1959, Jack Preiss e Philip Handler descubriron os intermediarios e encimas que participan na biosíntese do NAD+; debido ao que a síntese *de novo* é frecuentemente chamada «vía de Preiss-Handler» na súa honra.

As funcións non redox do NAD+ e o NADP+ son un descubrimento recente. Estudos posteriores nos anos 80 e 90, revelaron as actividades dos metabolitos de NAD+ e NADP+ na comunicación celular; tales como a acción de ADP-ribosa cíclica, que foi descuberta en 1987. O metabolismo do NAD+ segue a ser hoxe en día unha área de intensa investigación, cun maior interese despois de que no ano 2000 Shinichiro Imai e uns colaboradores, descubrisen no Instituto de Tecnoloxía de Massachusetts (MIT) as proteínas chamadas sirtuínas; que son encimas deacetilases dependentes do NAD+.

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
* NADPH
* vitamina B3
* FAD