NADP+/NADPH は、生合成反応としても知られる同化プロセスに関与する補因子です。分子に電子を供与 (還元) します。
ATP は、細胞のエネルギー通貨であるため、すべての生物学の教科書のスターです。体内のすべての代謝反応は、ある時点で ATP の取引であるか、または取引につながります。それはセルのスーパースターであり、正当な理由があります。それは比較的小さく、用途が広いため、無数のプロセスに参加し、それを必要とするあらゆる分子にエネルギーを提供することができます.しかし、別のヒーロー、細胞と生物全体を動かし続けるダークホースがいます。 NADP+ をご覧ください。
NADP+ とその還元型である NADPH は、Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate の略です (NADP+ に固執します、ありがとう)。 NAD+ (ニコチンアミド アデニン ジヌクレオチド) に非常に似ていますが、リン酸がありません。それらの構造は、それらの反応における補因子として、多くの酵素にとって非常に有用です。補因子は、酵素がその仕事を完了するために必要とする非タンパク質分子または金属イオンです。 NADP+ は一時的な補因子であり、酵素と共有結合していないことを意味します。代わりに、酵素と相互作用し、その機能を実行するのを助けてから離れるという点で、基質に似ています.
NADP+/NADPH とは?
NADPHは電子伝達体です。いくつかの代謝反応中に放出されたエネルギーを与えられた電子を受け取ります。 NADP+ およびその他のそのような補因子 (NAD+ および FAD+) は、有害で過度に反応性のラジカルを形成することなく、安定した方法でこれらの電子を受け入れることができます。それらは、その構造にニコチンアミドが存在するため、2つの電子を保有することができます.これらの電子は水素化物イオン (H–) の形で与えられます。電子を受け入れると、NADP+ が還元型 NADPH に変換されます。
NADP+ の構造 (写真提供:NEUROtiker/Wikimedia Commons)
名前が示すように、それらは単に電子キャリアであり、これらの電子を特定の目的地に落とすことを意味します.これらの補因子は、エネルギーを生成するか、分子を構築するために、電子を他の分子に供与します。これは本質的に酸化還元反応です。
細胞内での役割は?
すべての代謝反応は酸化還元反応です。酵素によって触媒される反応である、基質間の電子の交換があります。一方の基質は電子を放出して酸化し、もう一方の基質はそれらの電子を獲得して還元します。 OIL RIG というニーモニックがこれを覚えておくのに役立ちます – 酸化は損失、還元は利得です。解糖系 (グルコースをエネルギーに分解する経路) では、グルコースは一連の酸化ステップで電子を失いますが、NAD、FAD、ADP などの補因子は還元され、それらの電子を獲得します。
代謝には 2 つの腕があります。作るものと壊すものです。新しい分子を作ったり、生合成したりする代謝経路は同化経路と呼ばれます。分子を分解して ATP を生成するか老廃物を分解する代謝経路は、異化経路と呼ばれます。同化作用と異化作用は、細胞内で微妙にバランスが取れています。 NADP+/NADPH はその電子を使用して、同化経路または生合成経路に関与するものを構築します。
NADP+ は、生合成反応で他の分子を還元できる電子伝達体です。
生物系では、分子が還元されればされるほど、分解されたときにエネルギーを生成する可能性が高くなります。細胞内での NADP+/NADPH の役割は、細胞が物を作ることができるようにそれらの電子を提供することです。これは、電子を使って物をくっつける接着剤と考えることができます。
分子を直接還元するのではなく、NAD と FAD の還元型である NADH と FADH2 が送られ、電子を提供して ADP を還元し、ATP を増やします。
NADP+/NADPH はどのように形成されますか?
NADP+が還元されるとNADPHが生成されます。分子 NADP は、生物によってわずかに異なる特定の生合成経路を通じて生成されます。ピリジン環 (アデニン) の前駆体はすべての生物でキノリネートですが、ニコチンアミドはビタミン B3 に由来します。細胞はまず NAD を作り、その後 NAD キナーゼ (キナーゼは分子にリン酸を付加する酵素) と呼ばれる酵素が NADP+ を作ります。この NADP+ は減少し続けます。この減少は、細胞内の特定の代謝経路を通じて起こります。
ナイアシンまたはビタミン B3 は、NADP+ を形成する前駆体です (写真提供:Mysid/Wikimedia Commons)
ほとんどの哺乳動物細胞では、ペントースリン酸経路がNADPHの大部分を生成します。 EMD 経路とも呼ばれるこの経路は、解糖による ATP の生成からグルコースを奪い、代わりに NADPH と 5 炭素糖 (リボース) を作るシャント経路です。この経路は主に、細胞に ATP が豊富にある場合に機能します。エネルギーを切実に必要とせず、この機会を利用して、脂質 (脂肪)、タンパク質、ヌクレオチドなどの生体分子 (DNA と RNA のはしごの段) を構築します。
ペントースリン酸経路によって提供されるNADPHは、生合成に使用されるだけではありません. NADPH は、グルタチオンなどの抗酸化物質が酸化ストレスと戦うのを助けます。多くの代謝反応によって生成される活性酸素種 (ROS) による酸化ストレスは、細胞の機能不全、細胞変異の増加、および細胞死につながる可能性があります。全体として、それは生物の早期老化に寄与し、炎症のリスクを高める可能性があります.細胞に組み込まれた還元メカニズムは、このようなストレスから身を守り、細胞が病気と闘う能力を高めます。
植物では、NADPH のプールに寄与するもう 1 つの要因があります。それは光合成です。光合成は、植物が食物、主に糖を作るプロセスです。光合成の最初のステップは、植物細胞に食物を作るための資源を与えます。水と光からの光子を使用して、植物は光依存反応または単に「光反応」と呼ばれる反応で ATP と NADPH を生成します。光化学系 I (PSI) は、NADP+ を NADPH に還元する酵素 Ferrodoxin-NADP+ レダクターゼに電子を供給します。この NADPH はその後、光合成の後半であるカルビン サイクル、別名暗反応または光非依存反応に移動します。
結論
ショーン・ビーンは知っています。
NADP+/NADPH は、細胞の補因子の縁の下の力持ちです。その電子運搬力と還元力がなければ、生命に不可欠な分子を構築することは、不可能ではないにしても非常に困難です. NADP+/NADPH は、細胞膜やホルモンに重要なトリグリセリド、コレステロール、ステロイド分子の構築に関与しています。また、最終的に DNA や RNA の一部となるヌクレオチドの構築にも役立ちます。
特定の分子を構築する能力により、生物は細胞の成長と分裂を制御できます。この能力は、食べ物を消化して栄養素を分解する能力と同様に、多くの生物が大きなサイズに成長することを可能にしました.植物、藻類、および一部のバクテリアは、水と光を使用して ATP と NADPH を生成する光合成がなければ、初期の地球では繁栄できなかったでしょう。この小さな還元分子は、細胞内で保護機能と構築機能を果たし、生命の主要な原動力の 1 つです!
