烟酰胺腺嘌呤二核苷酸

历史

辅酶NAD⁺首先由英国生物化学家亚瑟·哈登和威廉·约翰·杨在1906年发现。他们注意到添加煮沸和过滤的酵母提取物大大加速了未煮沸的酵母提取物中的酒精发酵。他们将产生这个效应的不明因子为“辅酵”。通过酵母提取物的长期和困难的纯化，该热稳定因子被欧勒切尔匹鉴定为核苷酸糖磷酸盐。1936年，德国科学家奥托·海因里希·沃堡表明核苷酸辅酶在氢化物转移中的功能，并将烟酰胺部分鉴定为氧化还原反应的位点。

细胞中的浓度和状态

在大鼠肝脏中，NAD⁺和NADH的总量约为每克湿重约1微摩尔，约为相同细胞中NADP⁺和NADPH浓度的10倍。细胞溶质中NAD⁺的实际浓度较难测量，最近研究显示在动物细胞中约0.3mM，在酵母菌中约1.0－2.0mM。 然而，线粒体中超过80％的NADH荧光是结合形式，因此溶液中的浓度要低得多。在其他研究细胞中相关数据十分有限，尽管在线粒体中，NAD⁺的浓度与细胞质中的浓度相似。这种NAD⁺被特定的膜转运蛋白携带到线粒体中，因为辅酶不能通过薄膜扩散。
氧化还原形式的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸之间的平衡称为NAD⁺ / NADH比。该比例是所谓的细胞的氧化还原状态的重要组成部分，其反映了细胞的代谢活性和健康状况。 NAD⁺ / NADH比例的影响是复杂的，控制了几种关键酶的活性。在健康的哺乳动物组织中，细胞质中游离NAD⁺和NADH之间的比例通常约为700；该比例因此有利于氧化反应。 总NAD⁺ / NADH的比例要低得多，哺乳动物的估计范围是3-10。相比之下，NADP⁺ / NADPH比通常约为0.005，因此NADPH是该辅酶的主要形式。这些不同的比例是NADH和NADPH不同代谢作用的关键。

合成

NAD⁺通过两种代谢途径合成：通过组合已有的成分如烟酰胺再循环回NAD⁺，或由氨基酸从头合成。
大多数生物从简单的组分合成NAD⁺特定的反应集合在生物体之间会有所不同，但是常见的特征是在动物中的氨基酸- 色氨酸和一些细菌或一些细菌和植物中的天冬氨酸之间产生喹啉酸（QA）。通过转移磷酸二糖部分将喹啉酸转化成烟酸单核苷酸（NaMN）。然后转移腺苷酸部分形成烟酸腺嘌呤二核苷酸（NAD）。最后，NAD中的烟酸部分酰胺化成烟酰胺（Nam）部分，形成NAD⁺。再进一步，一些NAD⁺会被NAD⁺激酶转化成NADP⁺，磷酸化的NAD⁺。在大多数生物体中，该酶使ATP作为途径做成磷酸盐基团。尽管几种细菌如结核分枝杆菌和超嗜热古菌使用无机多磷酸作为替代磷酸供体。

修复途径

除了从简单的氨基酸前体组装NAD⁺之外，细胞还回收含有吡啶碱的化合物。在这些修补新陈代谢中使用三种维生素前体是烟酸，烟酰胺和安雅核糖。这些化合物可以从饮食中摄取，称为维生素B3或烟酸。然而，这些化合物也在细胞内并通过NAD⁺的消化而产生。这些补救途径中涉及的一些酶似乎集中在细胞核中，这可能补偿在该细胞器中消耗NAD⁺的水平。补救反应在人类中是必不可少的；饮食中缺乏烟酸引起维生素缺乏症的皮肤病。由于NAD⁺在氧化还原反应中，氧化和还原形式之间的循环不会改变辅酶的总体水平，所以NAD⁺的高要求是由于反应中的辅酶而不断消耗。
微生物使用的补救途径与哺乳动物不同。一些病原体，如酵母假丝酵母和流感嗜血杆菌细菌是NAD⁺的营养缺陷型，因此导致它们不能合成NAD⁺不过它们还具有补救用途，因此依赖于外来的NAD⁺或其他先驱物。更令人惊讶的是细胞内病原体沙眼衣原体，其缺乏NAD⁺和NADP⁺的生物合成或任何基因的可识别的候选物，并且必须从其宿主而获得这些辅酶。

作用

NAD⁺在代谢中具有几个重要的作用。它作为辅酶在氧化还原反应中作为ADP-核糖基化反应中ADP-核糖部分的后体，作为第二信使分子环状ADP-核糖的前体，以及作为细菌DNA连接酶和基团的底物称为沉默的酶，其使用NAD⁺从蛋白质中除去乙酰基。除了代谢功能之外，NAD⁺作为腺嘌呤核苷酸出现，可以通过调节机制自发释放细胞，因此可以具有重要的细胞外作用。
NAD⁺是身体每个细胞中发现的能量提供分子，用于代谢、构建新的细胞、抵抗自由基和DNA损伤，并在细胞内发送信号，它使线粒体将我们吃的食物转化为我们身体需要维持其所有功能的能量。还需要“关闭”加速衰老过程的基因。NAD⁺对于生命至关重要。健康的线粒体功能，是人类衰老的重要组成部分。我们的身体有能力从我们吃的食物中的组分制成NAD⁺。实验动物和人群的研究表明，随着年龄的增长，NAD⁺的水平大幅下降。这种下降使我们面临更大的神经和肌肉退化的风险、心脏代谢健康的下降以及修复和弹性的。著名研究机构的科学家一直在研究NAD⁺增强策略，作为与衰老相关的退化病症的治疗方法。研究表明，NAD⁺在肌肉和组织保护中起著独特的作用，同时也提高了生命周期。

商业应用

NAD⁺在中国大陆又名氧化型辅酶Ⅰ，把NADH称为还原型辅酶Ⅰ。香港的保健品市场，以“诺加因子”作为NAD⁺的中文名字。