NADH是什么？揭秘其在生物体内的作用机制

NADH是什么？揭秘其在生物体内的作用机制

在深入研究NADH的作用和重要性之前，让我们先了解NADH是什么？

NADH，全名为还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide Adenine Dinucleotide），是一种维生素B3的衍生物，也是一类具有生物活性的分子，更是细胞内的重要化合物之一。它是生物体内能量产生的关键组成部分，也参与了许多细胞代谢过程。

NADH由维生素B3（烟酰胺）与核苷酸键合并带有一个高能的氢离子（H），俗称“带电因子”（Electron Carrier Molecule）。简单来说，NADH是由烟酰胺腺嘌呤（Nicotinamide Adenine）和两个磷酸基团组成，这二者在NADH的功能中扮演着不可或缺的角色。

NADH的作用机制

(1)能量产生：

NADH的关键作用之一是在细胞的能量产生中充当助手，它参与细胞的呼吸作用，协助将我们吃进肚子的食物在粒线体中变成一种被称为ATP（三磷酸腺苷）的分子。ATP是细胞的能量来源，无论是日常活动还是让心脏跳动，都需要大量的ATP才能有能量来维持正常运作。所以简单来说，NADH就是生命里不可或缺的能量合成小伙伴。

(2)抗氧化：

NADH在细胞中发挥抗氧化作用，它可以捕获并中和有害的自由基，保护细胞不受氧化应激（oxidative stress，尤其是自由基过剩的情况下，抗氧化物被过度耗损的失衡状态）的损害，这种抗氧化作用有助于维持细胞的健康和稳定性。

(3)其他生化反应：

NADH还涉及许多生物化学反应，包括DNA修复、细胞凋亡（细胞自毁）以及多种酶反应。所以NADH是维持细胞内平衡的关键因素，对于生物体的健康至关重要，更是与抗衰老机制的运作密不可分。

能量代谢的关键角色——NADH

(1)结构：

NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）是一种参与代谢过程的重要辅助因子，在所有活细胞中都有分布，它的结构是由两个核苷酸通过磷酸基团相连接而成，其中一个是含有腺嘌呤的核苷碱基，另一个则含有烟酰胺。

NAD有两种不同的形式，分别是氧化形式的NAD+和还原形式的NADH（H代表氢），这两种形式被称为“氧化还原对”，意思是它们是同一个原子或分子在氧化还原反应中的两种状态，分别是被还原状态（多了氢离子与电子），与被氧化状态（少了氢离子与电子）。

(2)NADH与NAD+的转换：

NAD是一种重要的辅酶，被称为辅酶I，也是在细胞内转运电子的重要物质，它通过在NAD+（氧化型）和NADH（还原型）之间转换，参与许多氧化还原反应。简单来说，NAD+能够携带电子和氢离子形成NADH，而NADH则能将这些电子和氢离子传递出去，转换回NAD+。

(3)用途：

NAD+和NADH之间的转换是细胞呼吸作用过程中产生ATP（细胞能量）的关键步骤，在这个转换过程中会经过三个主要阶段来释放能量：糖解、克氏循环（亦被称为TCA循环tricarboxylic acid cycle）和电子传递链。在这些阶段中，NAD+作为一种电子载体，可以在NAD+和NADH之间切换形式。NAD+从食物分子中获取电子，变成NADH。然后，NADH将电子传递给氧气，并恢复成NAD+。

(TCA循环（tricarboxylic acid cycle）)

除了ATP的产生之外，细胞还利用NAD+和NADH来进行其他类型的反应。例如，在肝细胞中，有乙醇脱氢酶（ADH）和乙醛脱氢酶（ALDH）两种酶，它们使用NAD+作为一种氧化剂，将我们喝的酒精饮料中的乙醇分解成一种毒性较低的物质，叫做乙酸盐。在这些反应中，NAD+都会接收两个电子和一个氢分子，形成NADH。反应式为：NAD+ + H2 + 2e- -> NADH + H+。

NADH和NAD+的功能

加州大学旧金山分校在《生物科学前沿》期刊中发表报告，NAD+和NADH通过调节多种NAD+/NADH 依赖性酶的活性，如被称为DNA修复酶的多聚（ADP-核糖）聚合酶（PARPs），以及被称为长寿基因的Sir2 家族蛋白（Sirtuins）等，来实现它们的生物效应。特别值得关注的是，Sirtuins和PARPs在老化、细胞死亡和多种细胞功能中似乎发挥着关键作用。这强调了NAD+和NADH在调节这些生物过程中的重要性，并揭示了它们的多功能性。

最新的研究发现，NADH和NAD+能够穿越细胞膜进行转运，这也显示细胞外的NAD+可能具有新的信号传递功能。这些研究成果从根本上改变了我们对NAD+和NADH的认识，提出了有关它们的代谢和生物活性的崭新理念。根据这些信息，我们可以合理地推断，NAD+和NADH，以及ATP和Ca2+（钙），可能是生命中最基本的四个元素之一，它们对几乎所有主要的生物过程均产生重大且深远的影响。