Ποιος είναι ο ρόλος του NADP+ σε ένα κύτταρο;

Το NADP+/NADPH είναι ένας συμπαράγοντας που εμπλέκεται σε αναβολικές διεργασίες, γνωστές και ως βιοσυνθετικές αντιδράσεις. Δίνει ηλεκτρόνια (μειώνει) στα μόρια.

Το ATP είναι το αστέρι κάθε εγχειριδίου βιολογίας, καθώς είναι το ενεργειακό νόμισμα του κυττάρου. Κάθε μεταβολική αντίδραση στο σώμα είναι ή οδηγεί σε μια συναλλαγή ATP, κάποια στιγμή. Είναι ο σούπερ σταρ του κυττάρου, και δικαιολογημένα. Είναι σχετικά μικρό και ευέλικτο, και έτσι μπορεί να συμμετέχει σε αμέτρητες διαδικασίες και να παρέχει ενέργεια σε οποιοδήποτε μόριο το απαιτεί. Ωστόσο, υπάρχει ένας άλλος ήρωας, ένα σκοτεινό άλογο που κρατά τα κύτταρα και ολόκληρο τον οργανισμό σε λειτουργία. Γνωρίστε το NADP+.

Το NADP+ και η μειωμένη του μορφή, το NADPH, είναι συντομογραφία του φωσφορικού δινουκλεοτιδίου νικοτιναμίδης αδενίνης (θα παραμείνουμε στο NADP+, ευχαριστώ). Μοιάζει πολύ με το NAD+ (Nicotinamide Adenine Dinucleotide), αλλά χωρίς το φωσφορικό άλας. Η δομή τους τα καθιστά μοναδικά χρήσιμα σε πολλά ένζυμα ως συμπαράγοντας στις αντιδράσεις τους. Συμπαράγοντας είναι οποιαδήποτε μη πρωτεϊνικά μόρια ή μεταλλικά ιόντα που απαιτούνται από το ένζυμο για να ολοκληρώσει τη δουλειά του. Το NADP+ είναι ένας παροδικός συμπαράγοντας, που σημαίνει ότι δεν είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένος με το ένζυμο. Αντίθετα, μοιάζει περισσότερο με υπόστρωμα, καθώς αλληλεπιδρά με το ένζυμο, το βοηθά να εκτελέσει τη λειτουργία του και μετά φεύγει.

Τι είναι το NADP+/NADPH;

Το NADPH είναι φορέας ηλεκτρονίων. Δέχεται ενεργοποιημένα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται κατά τη διάρκεια ορισμένων μεταβολικών αντιδράσεων. Το NADP+ και άλλοι τέτοιοι συμπαράγοντες (NAD+ και FAD+) είναι ικανοί να δέχονται αυτά τα ηλεκτρόνια με σταθερό τρόπο χωρίς να σχηματίζουν επιβλαβείς και υπερβολικά αντιδραστικές ρίζες. Είναι ικανά να φιλοξενούν 2 ηλεκτρόνια λόγω του νικοτιναμιδίου που υπάρχει στη δομή του. Αυτά τα ηλεκτρόνια δίνονται με τη μορφή ενός ιόντος υδριδίου (Η–), ενός υδρογόνου με ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο. Η αποδοχή των ηλεκτρονίων μετατρέπει το NADP+ στη μειωμένη του μορφή NADPH.

The Structure of NADP+ (Photo Credit :NEUROtiker/Wikimedia Commons)

Όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι απλώς φορείς ηλεκτρονίων, υπονοώντας ότι πρόκειται να ρίξουν αυτά τα ηλεκτρόνια σε έναν δεδομένο προορισμό. Αυτοί οι συμπαράγοντες δωρίζουν τα ηλεκτρόνια τους σε άλλα μόρια είτε για να δημιουργήσουν ενέργεια είτε για να δημιουργήσουν μόρια. Αυτή είναι ουσιαστικά μια αντίδραση οξειδοαναγωγής.

Ποιος είναι ο ρόλος του στο κελί;

Όλες οι μεταβολικές αντιδράσεις είναι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής. Υπάρχει μια ανταλλαγή ηλεκτρονίων μεταξύ των υποστρωμάτων, η οποία είναι η αντίδραση που καταλύεται από ένα ένζυμο. Το ένα υπόστρωμα εγκαταλείπει τα ηλεκτρόνια του, οξειδώνεται, ενώ το άλλο υπόστρωμα κερδίζει αυτά τα ηλεκτρόνια και μειώνεται. Το μνημονικό OIL RIG είναι χρήσιμο να το θυμάστε αυτό – Η οξείδωση είναι απώλεια, η μείωση είναι κέρδος. Στη γλυκόλυση, το μονοπάτι που διασπά τη γλυκόζη για ενέργεια, η γλυκόζη χάνει ηλεκτρόνια σε μια σειρά οξειδωτικών βημάτων, ενώ συμπαράγοντες όπως το NAD, το FAD ή το ADP μειώνονται, κερδίζοντας έτσι αυτά τα ηλεκτρόνια.

Υπάρχουν δύο σκέλη του μεταβολισμού – αυτός που κάνει και αυτός που σπάει. Οι μεταβολικές οδοί που δημιουργούν νέα μόρια ή βιοσυνθέτουν ονομάζονται αναβολικές οδοί. Οι μεταβολικές οδοί που διασπούν τα μόρια είτε για να δημιουργήσουν ATP είτε για να διασπάσουν τα απόβλητα ονομάζονται καταβολικές οδοί. Ο αναβολισμός και ο καταβολισμός ισορροπούν απαλά μέσα σε ένα κύτταρο. Το NADP+/NADPH χρησιμοποιεί τα ηλεκτρόνια του για να δημιουργήσει πράγματα που εμπλέκονται σε αναβολικά ή βιοσυνθετικά μονοπάτια.

Το NADP+ είναι ένας φορέας ηλεκτρονίων που μπορεί να μειώσει άλλα μόρια σε βιοσυνθετικές αντιδράσεις.

Στα βιολογικά συστήματα, όσο πιο μειωμένο ένα μόριο, τόσο μεγαλύτερη είναι η δυνατότητα να παράγει ενέργεια όταν διασπαστεί. Ο ρόλος του NADP+/NADPH στο κύτταρο είναι να δωρίσει αυτά τα ηλεκτρόνια έτσι ώστε το κύτταρο να μπορεί να κάνει πράγματα. Κάποιος μπορεί να το σκεφτεί ως η κόλλα που κολλάει τα πράγματα μεταξύ τους χρησιμοποιώντας ηλεκτρόνια.

Το NADH και το FADH2, οι μειωμένες μορφές NAD και FAD, αντί να μειώνουν άμεσα τα μόρια, αποστέλλονται για να δωρίσουν τα ηλεκτρόνια τους για να μειώσουν την ADP για να δημιουργήσουν περισσότερο ATP.

Πώς σχηματίζεται το NADP+/NADPH;

Το NADPH δημιουργείται όταν το NADP+ μειώνεται. Το μόριο NADP παράγεται μέσω ορισμένων βιοσυνθετικών οδών που διαφέρουν ελαφρώς ανάλογα με τον οργανισμό. Ο πρόδρομος για τον δακτύλιο πυριδίνης (αδενίνη) είναι το κινολινικό σε όλους τους οργανισμούς, ενώ το νικοτιναμίδιο προέρχεται από τη βιταμίνη Β3. Το κύτταρο κατασκευάζει πρώτα NAD, μετά το οποίο το ένζυμο που ονομάζεται κινάση NAD (οι κινάσες είναι ένζυμα που προσθέτουν φωσφορικά άλατα στα μόρια) παράγει το NADP+. Αυτό το NADP+ συνεχίζει να μειώνεται. Αυτή η μείωση συμβαίνει μέσω ορισμένων μεταβολικών οδών στο κύτταρο.

Η νιασίνη ή η βιταμίνη Β3 είναι πρόδρομος για το σχηματισμό NADP+ (Πιστωτική φωτογραφία :Mysid/Wikimedia Commons)

Στα περισσότερα κύτταρα θηλαστικών, η οδός φωσφορικής πεντόζης δημιουργεί το μεγαλύτερο μέρος του NADPH. Αυτό το μονοπάτι, που ονομάζεται επίσης μονοπάτι EMD, είναι ένα μονοπάτι διακλάδωσης που απομακρύνει τη γλυκόζη από την παραγωγή ATP μέσω της γλυκόλυσης και αντ 'αυτού παράγει NADPH και σάκχαρα 5 άνθρακα (ριβόζη). Αυτή η οδός λειτουργεί κυρίως όταν το κύτταρο είναι καλά εφοδιασμένο με ATP. Χωρίς τρομερή ανάγκη για ενέργεια, χρησιμοποιεί αυτή την ευκαιρία για να δημιουργήσει βιομόρια, όπως λιπίδια (λίπη), πρωτεΐνες και νουκλεοτίδια—τα σκαλοπάτια στις σκάλες του DNA και του RNA.

Το NADPH που παρέχεται από το μονοπάτι της φωσφορικής πεντόζης δεν χρησιμοποιείται μόνο για βιοσύνθεση. Το NADPH βοηθά τα αντιοξειδωτικά, όπως η γλουταθειόνη, να καταπολεμήσουν το οξειδωτικό στρες. Το οξειδωτικό στρες από αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ROS), που δημιουργείται από πολλές μεταβολικές αντιδράσεις, μπορεί να οδηγήσει σε δυσλειτουργία των κυττάρων, αυξημένες κυτταρικές μεταλλάξεις και κυτταρικό θάνατο. Συνολικά, θα μπορούσε να συμβάλει στην πρόωρη γήρανση του οργανισμού και να αυξήσει τον κίνδυνο φλεγμονής. Οι ενσωματωμένοι μηχανισμοί μείωσης του κυττάρου προστατεύονται από τέτοιο στρες, ενισχύοντας την ικανότητα του κυττάρου να καταπολεμά ασθένειες.

Στα φυτά, υπάρχει ένας άλλος παράγοντας που συμβάλλει στη δεξαμενή του NADPH – η φωτοσύνθεση! Η φωτοσύνθεση είναι η διαδικασία μέσω της οποίας τα φυτά φτιάχνουν την τροφή τους, κυρίως τα σάκχαρα. Το πρώτο βήμα στη φωτοσύνθεση προετοιμάζει το φυτικό κύτταρο με πόρους για να φτιάξει την τροφή του. Χρησιμοποιώντας νερό και φωτόνια από το φως, τα φυτά παράγουν ATP και NADPH σε αντιδράσεις που ονομάζονται αντιδράσεις που εξαρτώνται από το φως ή απλώς «αντιδράσεις φωτός». Το Photosystem I (PSI) παρέχει τα ηλεκτρόνια στο ένζυμο Ferrodoxin-NADP+ αναγωγάση, το οποίο μειώνει το NADP+ σε NADPH. Αυτό το NADPH στη συνέχεια μεταφέρεται στο δεύτερο μισό της φωτοσύνθεσης, τον Κύκλο Calvin, γνωστό και ως τις σκοτεινές αντιδράσεις ή τις αντιδράσεις ανεξάρτητες από το φως.

Συμπέρασμα

Ο Sean Bean ξέρει.

Το NADP+/NADPH είναι ο αφανής ήρωας των συμπαραγόντων του κυττάρου. Χωρίς τις δυνάμεις μεταφοράς και μείωσης ηλεκτρονίων του, η κατασκευή βασικών μορίων για τη ζωή θα ήταν πολύ δύσκολη, αν όχι αδύνατη. Το NADP+/NADPH εμπλέκεται στη δημιουργία τριγλυκεριδίων, χοληστερόλης και μορίων στεροειδών, τα οποία είναι σημαντικά στις κυτταρικές μεμβράνες και τις ορμόνες. Βοηθά επίσης στη δημιουργία νουκλεοτιδίων που καταλήγουν ως μέρος του DNA και του RNA.

Η ικανότητα κατασκευής ορισμένων μορίων επιτρέπει στους οργανισμούς να ελέγχουν την κυτταρική ανάπτυξη και διαίρεση τους. Αυτή η ικανότητα, καθώς και η ικανότητα πέψης και διάσπασης της τροφής για θρεπτικά συστατικά, επέτρεψε σε πολλούς οργανισμούς να μεγαλώσουν σε μεγάλα μεγέθη. Τα φυτά, τα φύκια και ορισμένα βακτήρια, χωρίς φωτοσύνθεση που παράγει ATP και NADPH χρησιμοποιώντας νερό και φως, δεν θα μπορούσαν να ανθίσουν στην πρώιμη Γη όπως έκαναν. Αυτό το μικρό αναγωγικό μόριο χρησιμεύει ως προστάτης και οικοδόμος στο κύτταρο και ένας από τους κύριους οδηγούς της ζωής!