|
1 bộ (10 lọ)
| Số lượng: | |
|---|---|
▎ NAD＋ Cấu trúc
Nguồn: PubChem |
Trình tự: Không áp dụng Công thức phân tử: C 21H 27N 7O 14P2 Trọng lượng phân tử: 663,4 g/mol Số CAS: 53-84-9 PubChem CID: 5892 Từ đồng nghĩa: nadide；coenzym I；beta-NAD；Codehydrogenase I |
▎ NAD＋ Nghiên cứu
NAD+ là gì?
NAD+ (Nicotinamide Adenine Dinucleotide) là một coenzym quan trọng hiện diện rộng rãi trong các sinh vật sống. Nó được hình thành bởi sự kết nối của adenosine ribonucleotide và nicotinamide ribonucleotide thông qua một nhóm phốt phát. Là coenzym cốt lõi trong các phản ứng oxi hóa khử, NAD+ đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa tế bào. Nó có thể chuyển đổi giữa trạng thái oxy hóa (NAD+) và trạng thái khử (NADH), tham gia vào các quá trình chuyển hóa năng lượng như đường phân, chu trình axit citric và quá trình phosphoryl hóa oxy hóa, giúp tế bào chuyển hóa thức ăn thành năng lượng (ATP). Ngoài ra, NAD+ đóng vai trò là đồng yếu tố cần thiết cho nhiều loại enzyme khác nhau (như PARP và Sirtuins), tham gia vào các quá trình liên quan đến sửa chữa DNA, truyền tín hiệu tế bào và chống lão hóa.
Nền tảng nghiên cứu của NAD+ là gì?
Đồng yếu tố cần thiết trong nhiều phản ứng:
NAD+ là đồng yếu tố thiết yếu trong nhiều phản ứng oxi hóa khử (Shats I, 2020). Trong tế bào, nó tham gia vào nhiều quá trình của tế bào như chuyển hóa năng lượng, ổn định gen và đáp ứng miễn dịch. Ví dụ, trong quá trình chuyển hóa năng lượng, NAD+ đóng vai trò là chất mang điện tử trong các quá trình như đường phân và chu trình axit tricarboxylic, tham gia vào các phản ứng oxy hóa khử để chuyển đổi năng lượng hóa học trong các chất dinh dưỡng như glucose thành dạng năng lượng mà tế bào có thể sử dụng.
Tương tác với nhiều enzyme:
NAD+ cũng tương tác với nhiều enzyme, chẳng hạn như enzyme sửa chữa DNA poly-(adenosine diphosphate-ribose) polymerase (PARP), protein deacylase SIRTUINS và enzyme ADP ribose tuần hoàn CD38. Các enzyme này điều chỉnh các quá trình của tế bào, chẳng hạn như sửa chữa DNA, biểu hiện gen và điều hòa chu trình tế bào bằng cách tiêu thụ NAD+.
Cơ chế hoạt động của NAD+ là gì?
Là một Coenzym trong phản ứng oxi hóa khử
Duy trì cân bằng nội môi oxy hóa khử tế bào:
'NAD' thường đề cập đến khung hóa học của nicotinamide adenine dinucleotide, trong khi 'NAD+' và 'NADH' lần lượt đề cập đến các dạng oxy hóa và khử của nó. NAD+ đóng vai trò chính trong việc kiểm soát nhiều quá trình sinh hóa và tỷ lệ NAD+/NADH rất quan trọng để duy trì cân bằng nội môi oxy hóa khử tế bào [1] . Cân bằng oxy hóa khử nội bào rất cần thiết cho các chức năng tế bào bình thường, bao gồm chuyển hóa năng lượng, bảo vệ chống oxy hóa, v.v. NAD+ đóng vai trò là chất nhận hoặc cho điện tử trong các phản ứng oxy hóa khử, tham gia vào quá trình sản xuất năng lượng nội bào, như chu trình axit tricarboxylic và quá trình phosphoryl hóa oxy hóa.
Điều hòa chuyển hóa năng lượng:
NAD+ tham gia vào nhiều quá trình chuyển hóa năng lượng quan trọng. Ví dụ, trong quá trình đường phân và chu trình axit tricarboxylic, NAD+ nhận các nguyên tử hydro và được chuyển thành NADH. NADH sau đó chuyển electron sang oxy thông qua chuỗi vận chuyển điện tử trên màng trong ty thể để tạo ra ATP. Việc điều hòa quá trình chuyển hóa năng lượng này rất cần thiết cho sự tồn tại và chức năng của tế bào, đặc biệt là ở các mô có nhu cầu năng lượng cao như tim và não [1].
Tham gia phản ứng enzyme
Vai trò của Poly(ADP-ribose) Polymerase 1 (PARP1):
NAD+ hoạt động như một enzyme cảm nhận hoặc tiêu thụ PARP1 và tham gia vào nhiều quá trình quan trọng. PARP1 đóng vai trò quan trọng trong việc sửa chữa tổn thương DNA. Khi tế bào bị tổn thương DNA, PARP1 được kích hoạt và sử dụng NAD+ để tổng hợp chuỗi poly ADP-ribose (PAR), sau đó gắn vào protein, do đó thúc đẩy quá trình sửa chữa DNA. Tuy nhiên, việc kích hoạt quá mức PARP1 sẽ tiêu tốn một lượng lớn NAD+, dẫn đến giảm nồng độ NAD+ nội bào, từ đó ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa năng lượng và khả năng tồn tại của tế bào [1, 2].
Vai trò với các tổng hợp ADP-ribose (cADPR) tuần hoàn:
Các enzym tổng hợp ADP-ribose tuần hoàn như CD38 và CD157 cũng là các enzym tiêu thụ NAD+. Những enzyme này sử dụng NAD+ để tổng hợp cADPR. cADPR hoạt động như chất truyền tin thứ hai tham gia truyền tín hiệu canxi, điều chỉnh nồng độ ion canxi nội bào và do đó ảnh hưởng đến các chức năng tế bào khác nhau, chẳng hạn như co cơ và giải phóng chất dẫn truyền thần kinh.
Vai trò của Sirtuin Protein Deacetylase:
Sirtuin protein deacetylase (SIRT) cũng dựa vào NAD+ để hoạt động. SIRT điều chỉnh sự biểu hiện gen, chuyển hóa tế bào và phản ứng căng thẳng bằng cách xúc tác quá trình khử acetyl của protein. Ở mức NAD+ cao, hoạt động của SIRT được tăng cường, thúc đẩy sức khỏe và sự sống sót của tế bào. Ví dụ, trong các điều kiện như hạn chế calo, mức NAD+ nội bào tăng lên, kích hoạt SIRT, từ đó kéo dài tuổi thọ và cải thiện sức khỏe trao đổi chất [2].
Vai trò trong thoái hóa sợi trục
Sự tương tác giữa NMNAT2 và SARM1:
Trong quá trình thoái hóa sợi trục, NAD+ synthase NMNAT2 và yếu tố tiền thoái hóa SARM1 đóng vai trò quan trọng. NMNAT2 là yếu tố sống sót của sợi trục, trong khi SARM1 có NADase và các hoạt động liên quan và là yếu tố thúc đẩy thoái hóa. Sự tương tác giữa hai yếu tố này là cần thiết để duy trì tính toàn vẹn của sợi trục. Trong nhiều trường hợp, thoái hóa sợi trục là do đường truyền tín hiệu trung tâm, chủ yếu được điều chỉnh bởi hai loại protein quan trọng này với tác dụng trái ngược nhau. Ví dụ, trong các bệnh thoái hóa thần kinh như bệnh Alzheimer và bệnh Parkinson, các sợi trục bị thoái hóa trước khi các thân tế bào thần kinh chết, và sự thoái hóa sợi trục này cũng phổ biến ở các tổn thương sợi trục như chứng liệt cứng di truyền. Trong những bệnh này, việc kích hoạt đường truyền tín hiệu này có thể dẫn đến những thay đổi bệnh lý sợi trục [3, 4].
Cơ chế tự ức chế qua trung gian NAD+ của SARM1:
Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng NAD+ là một phối tử bất ngờ cho miền mô-đun lặp lại nhiệt/armadillo (ARM) của SARM1. Sự liên kết của NAD+ với miền ARM sẽ ức chế hoạt động NADase của miền thụ thể Toll/interleukin-1 (TIR) của SARM1 thông qua giao diện miền. Việc phá vỡ vị trí liên kết NAD+ hoặc tương tác ARM-TIR sẽ dẫn đến sự kích hoạt cấu thành SARM1, dẫn đến thoái hóa sợi trục. Điều này chỉ ra rằng NAD+ làm trung gian cho quá trình tự ức chế của protein gây thoái hóa thần kinh này [5].
Vai trò trong các bệnh tim mạch
Bảo vệ sức khỏe tim mạch:
NAD+ có tác dụng bảo vệ các bệnh tim mạch. Ví dụ, NAD+ có thể bảo vệ tim khỏi các bệnh như hội chứng chuyển hóa, suy tim, chấn thương tái tưới máu do thiếu máu cục bộ, rối loạn nhịp tim và tăng huyết áp. Cơ chế bảo vệ của nó có thể liên quan đến nhiều khía cạnh như điều chỉnh chuyển hóa năng lượng, duy trì cân bằng oxy hóa khử và ức chế phản ứng viêm. Khi lão hóa hoặc bị căng thẳng, nồng độ NAD+ nội bào giảm, dẫn đến thay đổi trạng thái trao đổi chất và tăng khả năng mắc bệnh. Do đó, việc duy trì mức NAD+ trong tim hoặc giảm sự mất mát của nó là rất quan trọng đối với sức khỏe tim mạch [1].
Vai trò trong bệnh lao
Tác động lên Mycobacteria bệnh lao (Mtb):
Ở Mycobacteria lao (Mtb), mầm bệnh lao, enzyme cuối cùng của quá trình tổng hợp NAD, NAD synthetase (NadE) và enzyme cuối cùng của sinh tổng hợp NADP, NAD kinase (PpnK), có tác dụng chuyển hóa và vi sinh khác nhau. Việc NadE ngừng hoạt động dẫn đến sự sụt giảm song song trong nhóm NAD và NADP, đồng thời làm giảm khả năng tồn tại của Mtb, trong khi việc ngừng hoạt động của PpnK sẽ làm cạn kiệt có chọn lọc nhóm NADP nhưng chỉ ngăn chặn sự tăng trưởng. Sự bất hoạt của mỗi enzyme đi kèm với những thay đổi trao đổi chất đặc trưng cho enzyme bị ảnh hưởng và kiểu hình vi sinh có liên quan. Mức độ suy giảm NAD kìm khuẩn có thể gây ra sự tái cấu trúc bù trừ các con đường trao đổi chất phụ thuộc NAD mà không ảnh hưởng đến tỷ lệ NADH/NAD, trong khi mức độ suy giảm NAD diệt khuẩn có thể phá vỡ tỷ lệ NADH/NAD và ức chế hô hấp oxy. Những phát hiện này cho thấy các đặc điểm sinh lý chưa được công nhận trước đây liên quan đến sự cần thiết của hai đồng yếu tố có mặt khắp nơi trong quá trình tiến hóa, cho thấy rằng các chất ức chế sinh tổng hợp NAD nên được ưu tiên trong việc phát triển các loại thuốc chống lao [6].
Vai trò trong lão hóa và bệnh tật
Giảm mức độ NAD tế bào liên quan đến lão hóa:
Khi lão hóa, nồng độ NAD+ nội bào giảm dần. Sự giảm nồng độ NAD+ này có liên quan đến sự thay đổi trạng thái trao đổi chất của các tế bào lão hóa và có thể làm tăng khả năng mắc bệnh. Nhiều tình trạng bệnh lý, bao gồm bệnh tim mạch, béo phì, bệnh thoái hóa thần kinh, ung thư và lão hóa, có liên quan đến sự suy giảm trực tiếp hoặc gián tiếp của nồng độ NAD+ nội bào [2, 7].
Mối quan hệ giữa sinh tổng hợp NAD + với việc tiêu thụ enzyme và bệnh tật:
Quá trình sinh tổng hợp và tiêu thụ NAD+ tham gia vào một số con đường sinh học quan trọng, ảnh hưởng đến quá trình phiên mã gen, truyền tín hiệu tế bào và điều hòa chu kỳ tế bào. Vì vậy, nhiều bệnh tật có liên quan đến chức năng bất thường của các enzyme này. Ví dụ, trong các bệnh thoái hóa thần kinh, các cơ chế phụ thuộc NAD+ liên quan đến các protein như WLD, NMNAT2 và SARM1, cho thấy các bệnh thoái hóa thần kinh vốn có liên quan đến NAD+ và chuyển hóa năng lượng [4]
Nguồn:PubMed [7]
Các lĩnh vực ứng dụng của NAD+ là gì?
Ứng dụng trong bệnh tim mạch
Tác dụng bảo vệ:
NAD+ đóng vai trò quan trọng trong các bệnh tim mạch và nó có thể bảo vệ tim khỏi nhiều loại bệnh. Ví dụ, NAD+ có thể bảo vệ tim khỏi các bệnh như hội chứng chuyển hóa, suy tim, chấn thương tái tưới máu do thiếu máu cục bộ, rối loạn nhịp tim và tăng huyết áp [1] . Điều này là do NAD+ hoạt động như một enzyme cảm nhận hoặc tiêu thụ các enzyme như poly(ADP-ribose) polymerase 1 (PARP1), tổng hợp ADP-ribose (cADPR) tuần hoàn (CD38 và CD157) và deacetylase protein sirtuin (Sirtuins, SIRT), và tham gia vào một số quá trình quan trọng trong các bệnh tim mạch.
Duy trì cân bằng oxy hóa khử:
Tỷ lệ NAD+/NADH rất quan trọng để duy trì cân bằng nội môi oxy hóa khử của tế bào và điều chỉnh quá trình chuyển hóa năng lượng [1] . Do đó, việc duy trì mức NAD+ trong tim hoặc giảm sự mất mát của nó là rất quan trọng đối với sức khỏe tim mạch.
Ứng dụng trong Chống lão hóa
Kéo dài tuổi thọ:
Nguyên nhân của sự lão hóa phân tử và các biện pháp can thiệp kéo dài tuổi thọ đã chứng kiến sự gia tăng đột biến trong thập kỷ qua. Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) và các tiền chất của nó, chẳng hạn như nicotinamide riboside, nicotinamide mononucleotide, nicotinamide và axit nicotinic, đã thu hút sự quan tâm vì các phân tử có tiềm năng thú vị trong việc ứng dụng các phân tử nhỏ làm chất bảo vệ gen và/hoặc dược động học tiềm năng. Các hợp chất này đã cho thấy rằng chúng có thể cải thiện các tình trạng liên quan đến lão hóa sau khi bổ sung và có thể ngăn ngừa cái chết của sinh vật mẫu [8].
Ảnh hưởng đến việc điều chỉnh tuổi thọ:
Ở các sinh vật mẫu như nấm men, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng tiền chất NAD đóng vai trò quan trọng trong quá trình lão hóa và tuổi thọ. Thông qua nghiên cứu về tuổi thọ theo thời gian (CLS) và tuổi thọ sao chép (RLS) của nấm men, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về cơ chế chuyển hóa NAD và vai trò điều tiết của nó đối với sự lão hóa và tuổi thọ [8].
Ứng dụng tiềm năng trong điều trị bệnh lao
Mục tiêu thuốc:
Việc bất hoạt enzyme cuối cùng của quá trình tổng hợp NAD, NAD synthetase (NadE), trong Mycobacteria bệnh lao (Mtb) dẫn đến sự sụt giảm song song trong nhóm NAD và NADP, đồng thời làm giảm khả năng tồn tại của Mtb, trong khi sự bất hoạt của enzyme cuối cùng của quá trình sinh tổng hợp NADP, NAD kinase (PpnK), làm cạn kiệt có chọn lọc nhóm NADP nhưng chỉ ngừng tăng trưởng (Sharma R, 2023). Điều này chỉ ra rằng các chất ức chế tổng hợp NAD được ưu tiên trong việc phát triển các loại thuốc chống lao, vì thiếu NAD có tác dụng diệt khuẩn, trong khi thiếu NADP có tác dụng kìm khuẩn.
Những thay đổi trao đổi chất và kiểu hình vi sinh vật:
Sự bất hoạt của mỗi enzyme đi kèm với những thay đổi trao đổi chất đặc trưng cho enzyme bị ảnh hưởng và kiểu hình vi sinh vật liên quan. Mức độ suy giảm NAD kìm khuẩn gây ra sự tái cấu trúc bù trừ của các con đường trao đổi chất phụ thuộc NAD mà không ảnh hưởng đến tỷ lệ NADH/NAD, trong khi mức độ suy giảm NAD diệt khuẩn dẫn đến sự phá vỡ tỷ lệ NADH/NAD và ức chế hô hấp oxy [6].
Vai trò trong chuyển hóa tế bào
Nhiều chức năng quan trọng:
NAD(H) và NADP(H) theo truyền thống được coi là đồng yếu tố tham gia vào vô số phản ứng oxi hóa khử, bao gồm cả sự chuyển điện tử trong ty thể. Tuy nhiên, các chất chuyển hóa của con đường NAD có nhiều chức năng quan trọng khác, bao gồm vai trò trong con đường truyền tín hiệu, sửa đổi sau dịch mã, thay đổi biểu sinh và điều chỉnh sự ổn định và chức năng của RNA thông qua việc gắn NAD của RNA [9].
Quá trình trao đổi chất năng động:
Các phản ứng không oxy hóa cuối cùng dẫn đến quá trình dị hóa ròng của các nucleotide này, cho thấy quá trình chuyển hóa NAD là một quá trình cực kỳ năng động. Trên thực tế, các nghiên cứu gần đây cho thấy rõ ràng rằng ở một số mô, thời gian bán hủy của NAD là khoảng vài phút [9].
Vai trò trong sinh học tế bào
Chuyển hóa NAD ngoại bào:
NAD ngoại bào là một phân tử tín hiệu quan trọng trong các điều kiện sinh lý và bệnh lý khác nhau. Nó hoạt động trực tiếp bằng cách kích hoạt các thụ thể purinergic cụ thể hoặc gián tiếp làm chất nền cho exonuclease (chẳng hạn như CD73, nucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1, CD38 và parolog CD157 của nó, và ecto-ADP-ribosyltransferase). Các enzyme này xác định sự sẵn có của NAD ngoại bào bằng cách thủy phân NAD, từ đó điều chỉnh tác dụng truyền tín hiệu trực tiếp của nó (Gasparrini M, 2021). Ngoài ra, chúng có thể tạo ra các phân tử tín hiệu nhỏ hơn từ NAD, chẳng hạn như chất điều hòa miễn dịch adenosine, hoặc sử dụng NAD để tạo ra ADP-ribosylate các protein ngoại bào và thụ thể màng khác nhau, có tác động đáng kể đến việc kiểm soát miễn dịch, phản ứng viêm, tạo khối u và các bệnh khác. Môi trường ngoại bào cũng chứa nicotinamide photphoribosyltransferase và photphoribosyltransferase của axit nicotinic, xúc tác cho các phản ứng chính trong con đường trục vớt NAD nội bào. Các dạng ngoại bào của các enzyme này hoạt động như các cytokine có chức năng gây viêm [10].
Tóm lại, NAD+ đã trở thành một phân tử quan trọng kết nối sức khỏe và bệnh tật bằng cách điều chỉnh quá trình chuyển hóa năng lượng, trì hoãn lão hóa, điều hòa khả năng miễn dịch và cung cấp sự bảo vệ cho nhiều hệ thống. Bổ sung tiền chất của nó có thể cải thiện chức năng của ty thể và làm chậm sự tiến triển của các bệnh thoái hóa thần kinh và chuyển hóa. Nó cho thấy tiềm năng trong các lĩnh vực bảo vệ tim mạch, chống nhiễm trùng và chống lão hóa, cung cấp các mục tiêu điều trị sáng tạo cho các bệnh liên quan đến lão hóa.
Về tác giả
Các tài liệu nêu trên đều được nghiên cứu, biên tập và biên soạn bởi Cocer Peptides.
Tác giả tạp chí khoa học
Jiang YF là nhà nghiên cứu liên kết với một số tổ chức có uy tín, bao gồm Đại học Bắc Kinh, Đại học Giao thông Lan Châu, Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật Chung Quốc gia và Địa phương về Công nghệ và Ứng dụng, Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ và Kỹ thuật Bắc Kinh về Phụ gia Thực phẩm, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Đại học Khoa học và Công nghệ (CAS), Đại học Công nghệ và Kinh doanh Bắc Kinh và Đại học Y. Nghiên cứu của ông trải rộng trên nhiều lĩnh vực, bao gồm hóa học, bệnh lý, kỹ thuật, ung thư và âm học. Công việc của ông phản ánh cách tiếp cận đa ngành, tích hợp các tiến bộ khoa học và công nghệ trên các lĩnh vực này. Jiang YF được liệt kê trong tài liệu tham khảo trích dẫn [5].
