Nicotinamide adenine dinucleotide

其名称源于其结构：它是一种二核苷酸，由两个核苷酸通过磷酸基团连接而成。其中一个核苷酸含有腺嘌呤，另一个含有烟酰胺。该分子以两种状态存在——氧化型（NAD+）和还原型（NADH），其中“H”代表氢。NAD的主要功能是参与氧化还原反应，在分子间传递电子。在氧化型状态下，NAD+作为电子受体，从其他分子中获取电子，并还原为NADH（同时结合一个质子）。随后NADH可作为还原剂，将这些电子传递给其他分子。这种电子传递是可逆的，使得NAD能够在两种形式间循环而不被消耗。除氧化还原功能外，NAD还作为底物参与酶对蛋白质化学基团的添加或移除过程，即翻译后修饰。由于这些功能至关重要，参与NAD代谢的酶常成为药物开发的靶点。生物体可利用简单前体（如色氨酸或天冬氨酸）从头合成NAD，也可从营养物质中摄取更复杂的组分，例如维生素B3（烟酸或烟酰胺，烟酰胺即由此得名）。此外，还存在补救途径，可将NAD的分解产物回收为活性形式。NAD+右上角的加号表示其一个氮原子带有一个正电荷。部分NAD会转化为相关的辅酶——烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）。NADP的功能与NAD类似，但在腺苷部分的C-2′位多了一个磷酸基团。NADP以氧化型（NADP+）和还原型（NADPH）存在，主要作为合成代谢反应（如卡尔文循环、脂质和核酸合成）中的还原剂。从物理结构看，NAD由两个核苷通过焦磷酸基团连接而成。每个核苷含有一个核糖环：一个携带腺嘌呤（腺苷二磷酸核糖），另一个携带烟酰胺。在氧化还原反应中，NAD接受或提供氢负离子（H−）。例如，当分子RH₂被氧化时，它失去两个氢原子：一个氢负离子转移至NAD+的烟酰胺环，同时一个质子释放到溶液中，使NAD+还原为NADH。NAD+/NADH对的中间电位为−0.32伏，使NADH成为中等强度的还原剂。纯品NAD和NADH为白色、吸湿性无定形粉末，易溶于水。在干燥避光条件下稳定。NAD+溶液无色，在4°C和中性pH下约可稳定一周，但在酸性或碱性条件下迅速分解，产生抑制酶的产物。NAD+和NADH均因腺嘌呤组分而强烈吸收紫外线。NAD+在259纳米处有最大吸收峰，而NADH在339纳米处有额外吸收峰。这种在较高波长下的紫外吸收差异使科学家能够通过分光光度计测量340纳米处的吸收，轻松追踪酶学测定中两种形式的转化。NADH在约335纳米激发下还会发出荧光，发射光波长为445–460纳米，荧光寿命为0.4纳秒；NAD+则不发光。当NADH与蛋白质结合时，其荧光特性发生变化，可用于测量解离常数和研究酶动力学。这些荧光变化还可通过荧光显微镜监测活细胞的氧化还原状态。此外，NADH可在铜催化的反应中（需过氧化氢）转化回NAD+，这意味着细胞中NAD+的供应依赖于线粒体中的铜(II)。在细胞中，大鼠肝脏中NAD+和NADH的总量约为每克湿重1微摩尔——大约是NADP+和NADPH浓度的十倍。动物细胞胞质中NAD+的实际浓度估计约为0.3 mM，在酵母中则为1.0至2.0 mM。然而，线粒体中超过80%的NADH荧光来自结合形式，因此游离浓度要低得多。NAD+水平在线粒体中最高，占细胞总NAD+的40%至70%。胞质中的NAD+通过特定的膜载体转运至线粒体。