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【愛佳特別護士】長生不老秘方-1|輔酶|NAD+
February 19,2024
blogger、老年失智、醫學新知 / 作者: 楊依靜/NP
NAD+是什麼?
NAD+的結構和化學特性 :
NAD+ (菸鹼醯胺腺嘌呤二核苷酸)(nicotinamide adenine dinucleotide;NAD;氧化態為NAD+),是人體可以自然生成的小分子輔酶、存在於每個細胞中。NAD由兩個核苷酸,腺嘌呤及菸鹼醯胺組成二核苷酸,這兩個核苷酸再通過焦磷酸鹽連接在一起,形成NAD+。
NAD 以兩種形式存在:氧化形式的NAD+和還原形式的NADH。
NAD+與細胞能量代謝、DNA修復、基因轉錄、信號傳導等多個生物學作用有關。因為NAD+的結構,在細胞內具有參與氧化還原反應的能力,從而成為細胞能量代謝的關鍵分子。
NAD+的作用和功能:
NAD+在細胞內參與多項生物學反應的過程,包括能量代謝、氧化還原、DNA細胞修復、抗衰老、激活長壽蛋白、基因轉錄,代謝調節、細胞信號傳導等。NAD+主要透過氧化還原反應中接受和轉移電子來發揮作用。在這些反應中,NAD+被還原成NADH,從而產生細胞所需的能量或用於其他代謝、調節過程。
NAD+和NADH 被稱爲 “氧化還原偶”,還原型的NADH,分子結構小,不帶電荷,因此容易穿透細胞膜進入細胞內,進行氧化反應,直接轉變為NAD+。轉換效率優於NAD+前驅物 NMN(Nicotinamide mononucleotide)。 PS: NADH: Nicotinamide Adenine Dinucleotide Hydride。
NAD+在能量代謝(細胞呼吸)的作用 :
在細胞能量代謝的作用上,NAD+扮演著重要的角色,參與將化學能量轉化為細胞能量。當有機物被氧化時,NAD+會接受氫原子,並被還原成NADH,這是一個電子傳遞的過程。NADH隨後在粒線體內參與細胞呼吸鏈,通過釋放電子(參與氧化還原反應)來推動ATP(三磷酸腺苷)的合成,從而提供細胞所需的能量。
NAD+在糖酵解、脂肪酸氧化和氧化磷酸化等過程中都發揮著重要作用。通過調節這些能量代謝路徑,維持細胞的正常功能和生存。
NAD+ + H+ + 2e- => NADH
NAD+在DNA修復中的功能(作用):
除了在能量代謝中的作用外,NAD+還在DNA修復過程中發揮著重要作用。DNA是細胞內的遺傳物質,然而,由於內外部環境因素的影響,DNA可能會受到傷害,例如紫外線、化學物質,疾病…等。NAD+作為DNA修復酶的底物(substrate),在DNA修復酶催化的反應裡,幫助修復受損的DNA分子,維持基因組的穩定性。NAD+不僅是細胞能量代謝的參與者,還是維持細胞DNA穩定性和調控細胞壽命完整性的守護者。
PS:受質(英語:substrate)又稱底物或作用物,在生物化學領域,指參與生化反應的物質,可為化學元素、分子或化合物,經酶作用形成產物。
修復DNA 延伸說明:
NAD+是ADP-核糖基轉移酶或聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)or 多聚ADP-核糖聚合酶的作用物。這些酶使用 NAD+ 將 ADP-核糖單位添加到蛋白質中,包括組織蛋白和 DNA 修復因數。這個過程被稱為ADP-核糖基化(ADP-ribosylation),有助於DNA損傷修復、維持基因穩定性和調控細胞壽命。
NAD+與健康、衰老的關係:
近年來,研究人員開始關注如何通過補充NAD+濃度,以促進健康和延緩衰老的過程。一種被廣泛研究的方法是補充NAD+的前體 (前驅物質),如NMN,它可以被細胞利用來合成NAD+,從而提高細胞內的NAD+濃度。註:NMN(Nicotinamide mononucleotide、β-菸鹼醯胺單核苷酸 or β-NMN)。
據健康和衰老有關文獻,隨年齡的增長,以及生活方式、環境等因素的影響,人體內的NAD+濃度隨時間而下降。這導致細胞能量代謝的減慢、DNA修復能力的降低等一系列問題,從而增加了患疾病和衰老的風險。提醒:然而儘管NAD+的補充可能具有一定的潛在益處,但其確切的作用機制和安全性仍需要更多的研究和探索。
NAD+與Sirtuins:細胞調控與健康的密切關係 :
在生物學中,細胞的功能和代謝過程受到許多調節因數的影響,其中NAD+和Sirtuins被認為是細胞內調控的關鍵部分。
巳知NAD+是重要的生物分子,參與多種細胞代謝和調節過程,而Sirtuins是一類依賴NAD+的長壽蛋白質,同時也具有多種生物學功能。
Sirtuins的概述 (是什麼?)
Sirtuins是一類依賴NAD+作用的長壽蛋白,組織蛋白去乙醯基酶(class III histone deacetylase),普遍存在於真核生物和原核生物中。具有去乙醯化、去甲基化、ADP-ribosylation等多種生物學功能。Sirtuins家族包括了7個成員:SIRT1至SIRT7,在不同細胞內位置和組織中具有不同的功能。其活性亦取決於NAD+。即通過增加NAD+,能夠提高Sirtuins的活性。
去乙醯酶(sirtuins)是存在於各種生物中的蛋白質,與基因轉錄活性關係密切,涉及老化與細胞凋亡。維生素B3在體內代謝為菸鹼醯胺(nicotinamide),抑制去乙醯酶。科學家發現,減少攝取熱量能延長動物的壽命,是因為激活了去乙醯酶。也就是開啟了長壽基因 (註: 長壽基因通常都是關閉,當人類需要時,才會開啟)。
Sirtuins的結構和機制:
Sirtuins具有共同的結構特徵,包括一個與NAD+結合結構域和一個催化結構域。它們通過與NAD+結合,並使用NAD+的底物,對多種蛋白質進行去乙醯化修飾,從而調節這些蛋白質的功能和活性。
Sirtuins的生物學功能 :
Sirtuins在細胞內扮演著多種重要的生物學功能,包括細胞週期調控、細胞凋亡、DNA修復、能量代謝調控等。其中,SIRT1被廣泛研究,它參與了多種生理和病理過程,如衰老、代謝疾病、神經退行性疾病等。SIRT1通過調節轉錄因數、染色質修飾、細胞信號傳導等途徑,影響細胞的命運和功能。
NAD+與Sirtuins的關係 :
NAD+是Sirtuins活性所需的一個重要底物,作為Sirtuins的輔酶,通過提供乙醯化的基團,參與到Sirtuins的去乙醯化反應中。在Sirtuins的催化過程中,NAD+被裂解成NAM,這進一步影響了NAD+/ NADH的比率,從而調節了細胞內的氧化還原狀態。因此,NAD+的濃度直接影響了Sirtuins的活性和功能。
—NAD+與SIRT1的關係
SIRT1作為Sirtuins家族中最為研究的成員之一,其活性和功能受到NAD+濃度的直接影響。研究表示,NAD+的供應可以增加SIRT1的活性,從而調節細胞代謝、衰老過程和疾病發生。
—NAD+與其他Sirtuins的關係
除了SIRT1外,其他Sirtuins成員如SIRT2至SIRT7也被發現與NAD+濃度相關聯。NAD+濃度的變化可以影響這些Sirtuins的活性,進而調節細胞內的生物學過程
結論和展望:
NAD+作為細胞內的重要分子,在細胞能量代謝、DNA修復、健康和衰老等方面都發揮著至關重要的作用。隨著對其作用機制的深入研究和相關技術的發展,我們有望找到更多利用NAD+的方法,促進健康、延緩衰老,為人類健康和長壽帶來更多可能。
延伸閱讀 | 長生不老秘方-2 | 楊依靜 | 愛佳特別護士。
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