Nicotinamidadenindinukleotid

Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid, eigentlich Nicotinsäureamid-Adenin-Dinukleotid (abgekürzt NAD) ist ein Hydridionen (Zwei-Elektronen/Ein-Protonen) übertragendes Koenzym, das an zahlreichen Redoxreaktionen des Stoffwechsels der Zelle beteiligt ist.

Von der IUPAC/IUBMB werden die Abkürzungen NAD⁺ für die oxidierte Form, NADH für die reduzierte Form und NAD im Allgemeinen vorgeschlagen. Zuweilen findet man allerdings noch NAD statt NAD⁺ und NADH₂ statt NADH.^[3]

Das Koenzym war in der älteren Fachliteratur bis zu den frühen 60er Jahren des 20. Jahrhunderts auch unter der Bezeichnung Diphosphopyridinnucleotid, abgekürzt DPN, oder unter den Namen Codehydrogenase I oder Coenzym I bekannt.

Im Vergleich zum Nicotinamidadenindinucleotidphosphat (NADP⁺), einem sonst fast gleich gebauten Coenzym, hat NAD einen Phosphat-Rest am Adenosin weniger, NADP besitzt am 2'C-Atom der Ribose einen weiteren Phosphatrest.

[Bearbeiten] Chemie

Redoxreaktion: NAD⁺, NADH

NAD⁺ kann reduziert werden zu NADH, durch Aufnahme von zwei Elektronen und einem Proton (H⁺).

[Bearbeiten] Biochemie

NAD⁺ dient dem Organismus meist als Oxidationsmittel. Daher ist das Verhältnis NADH/NAD⁺ klein (<<1), um ein entsprechend positives Redoxpotential zu erzielen. Als Reduktionsmittel kommt in Lebewesen vor allem NADPH zum Einsatz. Daher ist das Verhältnis NADPH/NADP⁺ groß (>>1), um zu einem entsprechend negativen Redoxpotential zu gelangen. Somit wird klar, warum es zwei differenzierbare Redoxcofaktoren geben muss. Ein einzelnes Redoxpaar könnte nicht gleichzeitig ein hohes Redoxpotential für biologische Oxidationen und ein niedriges Redoxpotential für biologische Reduktionen einstellen.

Die energiereiche reduzierte Form NADH entsteht im Katabolismus (Glykolyse und Citratzyklus). Im oxidativen Stoffwechsel dient sie als energielieferndes Coenzym der Atmungskette, wobei ATP generiert wird. Bei ihrer Oxidation gibt sie die zuvor im katabolen Glucose- und/oder Fettstoffwechsel aufgenommenen Elektronen schrittweise wieder ab und überträgt sie so im Rahmen der intrazellulären Knallgasreaktion auf Sauerstoff. Dabei entstehen NAD⁺ und Wasser.

NAD⁺ wirkt als Koenzym von Dehydrogenasen, z. B. der Alkoholdehydrogenase (ADH), zur Oxidation von Alkohol.

[Bearbeiten] Optisch enzymatischer Test

NADH zeigt jeweils ein Absorptionsmaximum bei einer Wellenlänge von 260nm und 340 nm, NAD⁺ hingegen zeigt nur ein etwas höheres Absorptionsmaximum bei 260nm. Dies kann mittels Photometrie ausgenutzt werden, um enzymatische Reaktionen von Oxidoreduktasen/Dehydrogenasen zu verfolgen, die NAD⁺ oder NADH (oder deren phosphorylierten Äquivalente NADP⁺/NADPH als Kosubstrat verwenden. Da die Menge umgesetzten Substrats proportional zu der Menge des umgesetzten Kosubstrats ist, welche sich durch die Änderung der Absorption bei 340nm photometrisch verfolgen lässt (Berechnung der Konzentrationsänderung aus der Absorptionsänderung mittels Lambert-Beersches Gesetz), sind so indirekt quantitative Aussagen über die Menge an umgesetztem Substrat bzw. hergestelltem Produkt möglich, die, wollte man die Substrat- oder Produktkonzentration direkt verfolgen, nur sehr viel schwieriger möglich wären.

Absorptionsspektra von NAD⁺ und NADH

[Bearbeiten] Absorptionseigenschaften

Das Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid verfügt sowohl in seiner reduzierten (NADH) als auch in seiner oxidierten (NAD+) Form über einen identischen Adeninbereich (vergl. Strukturformel). Dieser absorbiert Licht bei einer Wellenlänge von 260nm, dies erklärt das im Diagramm dargestellte, gemeinsame Absorptionsmaximum in dem Bereich 260nm. Auffällig ist hier, dass bei gleicher Konzentration der Substanzen die Absorption, des NAD+ in diesem Bereich um höher ist als von NADH. Der Grund dafür ist, dass sich die Absorption des oxidierten, mesomeren Nikotinamidrings, der ebenfalls bei 260nm absorbiert, mit der Absorption des Adenins überlagert und so für die erhöhte Absorption bei 260nm sorgt. Wird der Nikotinamidring reduziert, so entsteht ein mit dem Chromophor konjugiertes freies Elektronenpaar an dem Stickstoffatom des Nikotinamidringes. Diese funktionelle Gruppe fungiert hier als Auxochrom. Zusammen mit der antiauxochrom wirkenden Ketogruppe kommt es zu einer bathochromen Verschiebung des Absorptionsmaximums des Chromophors auf 340 nm. Dies ist durch die Vergrößerung des Pi-Elektronensystems zu erklären.