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ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド
Skeletal formula of the oxidized form
Skeletal formula of the oxidized form
Ball-and-stick model of the oxidized form
Ball-and-stick model of the oxidized form
物質名
別名

Diphosphopyridine nucleotide (DPN+), Coenzyme I

識別情報
3D model (JSmol)
ChEBI
ChEMBL
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard 100.000.169 ウィキデータを編集
KEGG
RTECS number
  • UU3450000
UNII
性質
C21H28N7O14P2+ (酸化型)
C21H29N7O14P2 (還元型)
モル質量 664.4 g/mol (酸化型)
665.4 g/mol (還元型)
外観 白色の粉末
融点 160 °C (320 °F; 433 K)
危険性
NFPA 704（ファイア・ダイアモンド）
NFPA 704 four-colored diamondHealth 1: Exposure would cause irritation but only minor residual injury. E.g. turpentineFlammability 1: Must be pre-heated before ignition can occur. Flash point over 93 °C (200 °F). E.g. canola oilInstability 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no code
1
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特記無き場合、データは標準状態 (25 °C [77 °F], 100 kPa) におけるものである。
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ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド (英: nicotinamide adenine dinucleotide) とは、全ての真核生物と多くの古細菌、真正細菌で用いられる電子伝達体である。さまざまな脱水素酵素の補酵素として機能し、酸化型 (NAD+) および還元型 (NADH) の2つの状態を取り得る。二電子還元を受けるが、中間型は生じない。略号であるNAD+（あるいはNADでも同じ）のほうが論文や口頭でも良く使用されている。またNADH2とする人もいるが間違いではない。

かつては、ジホスホピリジンヌクレオチド (DPN)、補酵素I、コエンザイムI、コデヒドロゲナーゼIなどと呼ばれていたが、NAD+に統一されている。別名、ニコチン酸アミドアデニンジヌクレオチドなど。

酵素触媒による工業プロセスは非常に効率的であり、その酵素の一部はニコチンアミド補因子に依存している[1][2][3]。これらの補因子のコストが高いため、これらのプロセスは経済的に競争力がない。したがって、経済的に有望な天然補因子の生体模倣ホモログの開発は戦略的に重要である[4]。

構造と物理化学的特性

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NAD+はニコチンアミドモノヌクレオチドおよびアデノシンからなる物質であり、ヌクレオチドの5'がそれぞれリン酸結合によって結合している構造を取る。アデノシンの2'には-OH基が付属しており、これがリン酸基に置換されると、NADP+となる。

酸化還元反応に関与しているのは、ニコチンアミドであり、酸化型および還元型の構造は図の通りである。（還元型は4位の炭素に立体特異性がみられる。）

上図では、水素原子が1つだけ付加されたように見えるが、ニコチンアミドのN+が電子によって還元されるために、結果として2つの水素原子を運搬しているのと同じ状態となる。すなわち、全体としての二電子酸化還元反応は以下の通りである。

還元物質 酸化物質

酸化還元電位 (Eo') は-0.32Vである。

UV吸収スペクトル

アデニン塩基を含むことから、NAD+とNADHはともに強いUV吸収を示す。NAD+の吸収ピークは259 nmで、モル吸光係数は16,900 M−1cm−1である。一方、還元型のNADHのみ、339 nmに第2の吸収ピークを持ち、そのモル吸光係数は6,220 M−1cm−1である。この第2のピークは酸化型のNAD+には存在しないため、分光光度計を用い波長340nmあるいは339nmの吸光度を測定することでNAD+とNADHの間の酸化還元反応を簡単に測定することができる。[5]脱水素酵素活性測定にはこの方法が良く用いられている。

NAD+とNADHは蛍光にも差が存在している。水溶液中のNADHは460 nmをピークとする寿命0.4 nsの蛍光を発するが、NAD+は蛍光を発しない。[6]NADHの蛍光特性はタンパク質に結合すると変化するため、これを用いて解離定数を測定することができる。[6][7]また蛍光顕微鏡を使って生細胞の酸化還元状態を測定することも可能である。[8]

生理学的意義

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NAD+は生物のおもな酸化還元反応の多くにおいて必須成分（補酵素）であり、好気呼吸（酸化的リン酸化）の中心的な役割を担う。解糖系およびクエン酸回路より糖あるいは脂肪酸の酸化によって還元物質NADHが得られる。還元物質NADHを生産する好気呼吸反応系は以下の通りである。なお、酸化物質および還元物質を太字で表記する。

NADH生成経路

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エムデン-マイヤーホフ経路
→「解糖系 § エムデン-マイヤーホフ経路」も参照
クエン酸回路
β酸化
  • パルミトイルCoA + 7CoA + 7FAD + 7NAD+ + 7H2O 8アセチルCoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+

嫌気呼吸時はグリセルアルデヒド3リン酸脱水素酵素（英語版）の関与する反応系でのみNADHが発生する。

NADH酸化経路

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呼吸鎖複合体I（NADH脱水素酵素複合体）

NADHの好気呼吸時における酸化経路については以下の通りである。

  • NADH → NAD+ + H+ + 2e−（プロトン濃度勾配形成）

嫌気呼吸時の酸化経路は以下の通りである。

還元的クエン酸回路が作動した場合、上記のクエン酸回路NADH生産反応の逆反応となる。還元的クエン酸回路の作動はNADHの回路への添加によるところが大きく、そのまま炭酸固定反応の駆動力となる。

エネルギー代謝以外にもNADHは多くの機能を持っている。代表的なものでは一部の真正細菌と古細菌が持つDNAリガーゼはATPの代わりにNADHを用いる活性中間体を生じる。

合成系

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NAD+はヌクレオチド骨格であるために、ヌクレオチド合成系を基本とするがニコチンアミドの付加については、

の二つの経路が考えられる。ニコチンアミド自体はビタミンB群のナイアシンを原料としている。

歴史

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1906年イギリスのアーサー・ハーデンが発見[9]。

参考文献

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  1. ↑ Transaminases Applied to the Synthesis of High Added-Value Enantiopure Amines”, Organic Process Research & Development, 18 (6), pp. 788–792, https://doi.org/10.1021%2Fop4003104
  2. ↑ „Biocatalytic Routes to Optically Active Amines”, ChemCatChem, 1 (1), pp. 42–51, 2009, https://doi.org/10.1002%2Fcctc.200900110
  3. ↑ „Biocatalytic reductive aminations with NAD(P)H-dependent enzymes: enzyme discovery, engineering and synthetic applications”, Chemical Society Reviews, 53 (1), pp. 227–262, https://doi.org/10.1039%2FD3CS00391D
  4. ↑ Characterization of Biomimetic Cofactors According to Stability, Redox Potentials, and Enzymatic Conversion by NADH Oxidase from Lactobacillus pentosus, ChemBioChem. 18 (19): 1944–1949 https://doi.org/10.1002%2Fcbic.20170025858;
  5. ↑ Dawson, R. Ben (1985). Data for biochemical research (3rd ed.). Oxford: Clarendon Press. p. 122. ISBN 0-19-855358-7
  6. 1 2 “Fluorescence lifetime imaging of free and protein-bound NADH”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 89 (4): 1271–5. (1992). Bibcode:1992PNAS...89.1271L. doi:10.1073/pnas.89.4.1271. PMC 48431. PMID 1741380.
  7. ↑ “Time-resolved fluorescence studies on NADH bound to mitochondrial malate dehydrogenase”. Biochim. Biophys. Acta 994 (2): 187–90. (1989). doi:10.1016/0167-4838(89)90159-3. PMID 2910350.
  8. ↑ “The Free NADH Concentration Is Kept Constant in Plant Mitochondria under Different Metabolic Conditions”. Plant Cell 18 (3): 688–98. (2006). doi:10.1105/tpc.105.039354. PMC 1383643. PMID 16461578.
  9. ↑ Harden A & Young WJ (1906). “The alcoholic ferment of yeast-juice. Part II. The coferment of yeast-juice”. Proc. Roy. Soc. London B 78 (526): 369-375. doi:10.1098/rspb.1906.0070.

関連項目

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