NAD - NAD

Abbreviation for nicotinamide adenine dinucleotide. Also called _{diphosphopyridine nucleotide (DPN), coenzyme, and coenzyme I (CoI). Molecular formula: C21H27N7014P2 , molecular} weight _{: 663.425} , melting point: 160°C. One of the coenzymes for oxidoreductase, it reacts with NAD ⁺ (oxidized form) and NADH (reduced form). It is the coenzyme that exists in the greatest quantity in the body. Nicotinamide mononucleotide (NMN) and adenylic acid form a phosphodiester bond.

NAD ⁺ is synthesized primarily in the liver from tryptophan in animals, and from quinolinic acid in plants, using glycerol and aspartic acid as precursors. It can also be synthesized from nicotinic acid (niacin) and nicotinamide (nicotinamide). Nicotinic acid is made from tryptophan. In humans, if the amount of tryptophan consumed from food is low, it is necessary to supply nicotinic acid from outside. Insufficient supply of tryptophan and nicotinic acid from food can cause a disease called pellagra, whose symptoms include dermatitis, diarrhea, and dementia.

When nicotinic acid and PRPP (5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate) form nicotinic acid ribonucleotide, the AMP (adenosine monophosphate) moiety from ATP (adenosine triphosphate) is transferred to nicotinic acid ribonucleotide to form desamido-NAD. In the final step, the amide group of glutamine is transferred to the carboxyl group of nicotinic acid to form NAD. The reactive part of NAD is the nicotinamide ring, which accepts one hydrogen ion and two electrons, which are equivalent to one hydride ion.

In its oxidized form, the nitrogen atom is tetravalent and exists as a pyridinium ion, designated NAD ⁺ , carrying a positive charge. In dehydrogenation reactions, it acts as an electron acceptor, transferring one hydrogen atom from the substrate directly to NAD ⁺ , while another hydrogen atom is released as a proton into the solvent. Both electrons lost from the substrate are transferred to the nicotinamide ring. In its reduced form, NADH, the nitrogen atom is trivalent and is used to oxidize various substrates to obtain energy. NAD is used to measure enzymatic reactions using optical density (absorbance). When NAD accepts hydrogen and becomes reduced NADH, its maximum absorption band changes from 260 millimicrons to 340 millimicrons, and this property is used to measure the activity of dehydrogenases.

NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) is derived from NAD by phosphorylation of the 2'-hydroxyl group of the adenine ribose moiety. The transfer of the phosphate group from ATP is catalyzed by NAD kinase.

[Teruyoshi Arima, Taro Arima, and Tamiyo Takeuchi]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドnicotinamide adenine dinucleotideの略。ジホスホピリジンヌクレオチド（DPN）、補発酵素、補酵素Ⅰ（CoⅠ）などともよばれた。分子式C₂₁H₂₇N₇0₁₄P₂、分子量663.425、融点160℃。酸化還元酵素の補酵素の一つでNAD⁺（酸化型）NADH（還元型）の反応を行う。体内にもっとも多量に存在する補酵素である。ニコチンアミドモノヌクレオチド（NMN）とアデニル酸がホスホジエステル結合している。

　NAD⁺の生合成は、動物ではおもに肝臓でトリプトファンが、植物ではグリセロールとアスパラギン酸がそれぞれ前駆体となり、キノリン酸を経て合成される。またニコチン酸（ナイアシン）、ニコチンアミド（ニコチン酸アミド）からも合成される。ニコチン酸はトリプトファンからつくられる。ヒトでは食物からのトリプトファン摂取量が少ない場合は、外からのニコチン酸の供給が必要である。食物からのトリプトファンとニコチン酸の供給が不足すると、皮膚炎・下痢・認知症などを症状とするペラグラという病気を引き起こす。

　ニコチン酸とPRPP（5-ホスホリボシル-1-ピロリン酸）からニコチン酸リボヌクレオチドnicotinate ribonucleotideが形成されると、ATP（アデノシン三リン酸）からAMP（アデノシン一リン酸）部分がニコチン酸リボヌクレオチドに転移して、デスアミド-NAD（desamido-NAD）が形成される。最後の段階で、グルタミンのアミド基がニコチン酸のカルボキシ基（カルボキシル基）に転移してNADが形成される。NADの反応部分はニコチンアミド環であり、水素イオン1個と電子2個を受け取り、これが水素化物イオン1個と等価となる。

　酸化型では窒素原子が4価となりピリジニウムイオンとして存在するので、NAD⁺と記され、正の電荷1個を運ぶ。脱水素反応では電子受容体となり、基質の水素1個が直接NAD⁺に移り、それに対して別の水素原子1個がプロトン（陽子）として溶媒中に出る。基質から失われた電子はどちらもニコチンアミド環に移る。還元型のNADHでは、窒素原子は3価となり、各種の基質を酸化しエネルギーを得るのに用いられる。NADは光学密度（吸光度）を利用した酵素反応の測定に使われる。NADが水素を受け取り還元型のNADHになると、その最大吸収帯の波長が260ミリミクロンから340ミリミクロンに変化する性質を利用して脱水素酵素（デヒドロゲナーゼ）の活性が測定される。

　NADP（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸）はNADから誘導されたもので、アデニンリボース部分の2'-ヒドロキシ基がリン酸化されて生じる。ATPからのリン酸基の転移はNADキナーゼが触媒する。

［有馬暉勝・有馬太郎・竹内多美代］

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