Rodina NAD: redoxné páry NAD(H) a NADP(H) a metabolizmus bunkovej energie
Nikotínamid adenín dinukleotid (NAD+ )/redukovaný NAD+ (NADH) a NADP+/redukovaný Redoxné páry NADP + (NADPH) sú nevyhnutné pre udržiavanie bunkovej redoxnej homeostázy a modulácia početné biologické udalosti vrátane bunkového metabolizmu. Nedostatok alebo nerovnováha týchto dvoch redoxných párov bola spojená s mnohými patologickými poruchami.
Dôležitosť redoxných párov NAD(H) a NADP(H) v metabolizme bunkovej energie
Redoxné páry NAD(H) a NADP(H) sú nevyhnutné pre udržanie metabolizmu bunkovej energie a redoxnej homeostázy. Tieto redoxné páry slúžia ako kofaktory alebo substráty pre mnohé enzýmy zapojené do rôznych metabolických ciest, vrátane glykolýzy, cyklu trikarboxylovej kyseliny a oxidačnej fosforylácie. NAD(H) a NADP(H) tiež zohrávajú kľúčovú úlohu pri regulácii bunkovej redoxnej rovnováhy tým, že pôsobia ako nosiče elektrónov a darcovia. Preto je udržiavanie rovnováhy hladín NAD(H) a NADP(H) rozhodujúce pre bunkovú funkciu a energetický metabolizmus.
Obrázok 1
Dysregulácia redoxných párov NAD(H) a NADP(H) v patologických stavoch
Dysregulácia redoxných párov NAD(H) a NADP(H) bola spojená s rôznymi patologickými stavmi, vrátane rakoviny, neurodegeneratívnych ochorení, metabolických porúch a starnutia. Napríklad znížené hladiny NAD+ a zvýšené hladiny NADH boli pozorované v rôznych rakovinových bunkách, čo viedlo k zmenenému metabolizmu a redoxnej signalizácii. Podobne dysregulácia redoxných párov NAD(H) a NADP(H) sa podieľa na patogenéze neurodegeneratívnych ochorení, ako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba. Preto je pochopenie regulácie a funkcie redoxných párov NAD(H) a NADP(H) rozhodujúce pre vývoj nových terapeutických stratégií pre tieto ochorenia.
Regulácia redoxných párov NAD(H) a NADP(H) enzýmami a kompartmentalizáciou
Redoxné páry NAD(H) a NADP(H) sú regulované rôznymi enzýmami, ktoré sa podieľajú na biosyntéze a spotrebe. Napríklad pentózová fosfátová dráha (PPP) je hlavnou biosyntetickou cestou pre NADPH, ktorá sa podieľa na rôznych redoxných reakciách, vrátane detoxikácie reaktívnych foriem kyslíka (ROS). Podobne enzýmy spotrebúvajúce NAD+, ako sú poly(ADP-ribóza) polymerázy (PARP) a sirtuíny, regulujú hladiny NAD(H) a NADP(H) konzumáciou NAD+.
Obrázok 2
Kompartmentalizácia bazénov NAD(H) a NADP(H) je tiež rozhodujúca pre reguláciu bunkovej redoxnej rovnováhy a metabolizmu. Napríklad mitochondriálny fond NAD(H) sa podieľa na oxidačnej fosforylácii, zatiaľ čo cytosolový bazén NAD(H) sa podieľa na glykolýze a iných metabolických dráhach. Nedávne štúdie identifikovali niekoľko biosyntetických enzýmov a geneticky kódovaných biosenzorov, ktoré nám umožňujú lepšie pochopiť reguláciu a funkciu týchto redoxných párov. Napríklad biosyntetický enzým, nikotínamid mononukleotid adenyltransferáza (NMNAT), sa podieľa na biosyntéze NAD+ a ukázalo sa, že reguluje rôzne bunkové procesy vrátane metabolizmu, starnutia a reakcie na stres. Okrem toho vznikajúce úlohy proteínov konzumujúcich NAD+ pri regulácii bunkového redoxu a metabolickej homeostázy otvorili nové cesty pre vývoj terapeutických stratégií pre rôzne choroby.
Stručne povedané, redoxné páry NAD(H) a NADP(H) hrajú kľúčovú úlohu v metabolizme bunkovej energie a redoxnej homeostáze. Dysregulácia týchto redoxných párov bola spojená s rôznymi patologickými stavmi, vrátane rakoviny, neurodegeneratívnych ochorení, metabolických porúch a starnutia. Regulácia a funkcia redoxných párov NAD(H) a NADP(H) sú zložité a zahŕňajú rôzne biosyntetické enzýmy, proteíny konzumujúce NAD+ a kompartmentalizáciu. Pochopenie regulácie a funkcie týchto redoxných párov je nevyhnutné pre vývoj nových terapeutických stratégií pre rôzne choroby.
