Il nicotinammide adenina dinucleotide (NAD) è costituito da due nucleotidi, uno a base di adenina e l’altro a base di nicotinammide uniti dai loro gruppi fosfato. I biochimici britannici Arthur Harden e William John Young nel 1906 notarono che un estratto di lievito accelerava la fermentazione alcolica.
Solo negli anni ’30, diversi biochimici tedeschi isolarono il NAD, dal lievito di birra e dagli eritrociti. Nel 1950 il chimico scozzese Alexander J. Todd, premio Nobel per la chimica nel 1957, riportò una sintesi di laboratorio del NAD la cui struttura è riportata in figura:
NAD+ e NADH
Il NAD esiste in una forma ossidata NAD+ e una forma ridotta NADH.
I processi di respirazione cellulare di tutte le cellule viventi utilizzano il NAD che svolge un ruolo chiave nel metabolismo energetico accettando e donando elettroni.
Il nicotinammide adenina dinucleotide svolge un ruolo essenziale in molte reazioni cellulari. La conversione del NAD dalla sua forma ossidata NAD+ alla sua forma ridotta NADH , e viceversa, fornisce alla cellula un modo per accettare e donare elettroni. La coppia NAD+ /NADH svolge un ruolo significativo nelle reazioni associate alla glicolisi, fosforilazione ossidativa e fermentazione.
Nella glicolisi e nel ciclo di Krebs, le molecole di NADH sono formate da NAD+. Nella catena di trasporto degli elettroni, tutte le molecole di NADH danno luogo a NAD+ e H+ secondo la reazione:
NAD+ + H+ + 2 e– ⇄ NADH
Gli ioni H+ sono usati per alimentare una sorta di “pompa” che si trova sulla membrana interna dei mitocondri, creando molta energia sotto forma di ATP. Una volta che gli ioni H+ hanno attraversato la pompa, danno luogo alla formazione di acqua. Tutte e tre le fasi della respirazione generano ATP; tuttavia, la maggiore resa di ATP è durante la catena di trasporto degli elettroni.
Funzioni
La cellula usa NAD+ e NADH anche in altre reazioni al di fuori della produzione di ATP. Nelle cellule del fegato, ad esempio, gli enzimi alcol deidrogenasi (ADH) e aldeide deidrogenasi (ALDH) appartenenti alla classe delle ossidoreduttasi utilizzano il NAD+ come agente ossidante per scomporre l’etanolo dalle bevande alcoliche nel composto meno tossico acetato. In ciascuna delle reazioni enzimatiche, il NAD+ accetta due elettroni e uno ione H+ dall’etanolo per formare NADH.
La nicotinammide adenina dinucleotide funge da cofattore redox essenziale e mediatore di molteplici processi biologici. Oltre al suo ruolo nelle reazioni di trasferimento di elettroni, il NAD funge da substrato per altre biotrasformazioni, che, a livello molecolare, possono essere classificate come:
- modificazioni post-traduzionali delle proteine
- formazione di molecole di segnalazione
Queste reazioni biochimiche controllano molti processi biologici cruciali, come la segnalazione e il riconoscimento cellulare, la riparazione del DNA, la risposta allo stress ossidativo, la risposta immunitaria, l’invecchiamento e la senescenza.