Družina NAD: redoks pari NAD(H) in NADP (H) ter celični energetski metabolizem

Nikotinamid adenin dinukleotid (NAD+)/reducirani NAD+ (NADH) in NADP+/reduciran NADP+ (NADPH) redoks pari so bistveni za vzdrževanje celične redoks homeostaze in modulacija številni biološki dogodki, vključno s celičnim metabolizmom. Pomanjkanje ali neravnovesje teh dveh redoks parov je povezano s številnimi patološkimi motnjami.

Pomen redoks parov NAD(H) in NADP(H) pri celičnem presnovi energije

Redoks pari NAD(H) in NADP (H) so bistveni za vzdrževanje celičnega energetskega metabolizma in redoks homeostaze. Ti redoks pari služijo kot kofaktorji ali substrati za številne encime, vključene v različne presnovne poti, vključno z glikolizo, ciklom trikarboksilne kisline in oksidativno fosforilacijo. NAD(H) in NADP(H) igrata tudi ključno vlogo pri uravnavanju celičnega redoks ravnovesja, saj delujeta kot nosilca elektronov in darovalca. Zato je ohranjanje ravnovesja ravni NAD(H) in NADP(H) ključnega pomena za celično funkcijo in energetski metabolizem.

Slika 1

Disregulacija redoks parov NAD(H) in NADP(H) v patoloških stanjih

Disregulacija redoks parov NAD(H) in NADP (H) je povezana z različnimi patološkimi stanji, vključno z rakom, nevrodegenerativnimi boleznimi, presnovnimi motnjami in staranjem. Na primer, v različnih rakavih celicah so opazili znižane ravni NAD+ in povečane ravni NADH, kar je privedlo do spremenjenega metabolizma in redoks signalizacije. Podobno je disregulacija redoks parov NAD(H) in NADP(H) vpletena v patogenezo nevrodegenerativnih bolezni, kot sta Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen. Zato je razumevanje regulacije in funkcije redoks parov NAD(H) in NADP(H) ključnega pomena za razvoj novih terapevtskih strategij za te bolezni.

Regulacija redoks parov NAD(H) in NADP(H) z encimi in predalčki

Redoks pare NAD(H) in NADP(H) urejajo različni encimi, ki sodelujejo pri biosintezi in porabi. Na primer, pentozna fosfatna pot (PPP) je glavna biosintetična pot za NADPH, ki sodeluje pri različnih redoks reakcijah, vključno z razstrupljanjem reaktivnih kisikovih vrst (ROS). Podobno encimi, ki porabijo NAD+, kot so poli(ADP-riboze) polimeraze (PARP) in sirtuini, uravnavajo ravni NAD(H) in NADP(H) z uživanjem NAD+.

Slika 2

Predalčkanje bazenov NAD(H) in NADP (H) je prav tako ključnega pomena za uravnavanje celičnega redoks ravnovesja in presnove. Na primer, mitohondrijski bazen NAD(H) je vključen v oksidativno fosforilacijo, medtem ko je citosolni bazen NAD(H) vključen v glikolizo in druge presnovne poti. Nedavne študije so odkrile več biosintetičnih encimov in genetsko kodiranih biosenzorjev, ki nam omogočajo boljše razumevanje regulacije in funkcije teh redoks parov. Na primer, biosintetični encim, nikotinamid mononukleotid adeniltransferaza (NMNAT), sodeluje pri biosintezi NAD+ in dokazano uravnava različne celične procese, vključno s presnovo, staranjem in odzivom na stres. Poleg tega so nastajajoče vloge beljakovin, ki porabijo NAD+, pri uravnavanju celične redoks in presnovne homeostaze odprle nove možnosti za razvoj terapevtskih strategij za različne bolezni.
Če povzamemo, redoks pari NAD(H) in NADP (H) igrajo ključno vlogo pri presnovi celične energije in redoks homeostazi. Disregulacija teh redoks parov je povezana z različnimi patološkimi stanji, vključno z rakom, nevrodegenerativnimi boleznimi, presnovnimi motnjami in staranjem. Regulacija in funkcija redoks parov NAD(H) in NADP (H) sta kompleksna in vključujeta različne biosintetične encime, beljakovine, ki porabijo NAD+, in predalčkanje. Razumevanje regulacije in funkcije teh redoks parov je bistveno za razvoj novih terapevtskih strategij za različne bolezni.