Estructura y función del NAD+

NAD es el acrónimo del nombre, en inglés, de un compuesto que en español se le llama dinucleótido de adenina y nicotinamida. En el capítulo anterior lo vimos intervenir en varias reacciones que tienen la característica de estar catalizadas por deshidrogenasas, que son un subgrupo de las enzimas conocidas con el nombre de óxido - reductasas (ver en el Capítulo 6 la clasificación de las enzimas), cuya función es catalizar la transferencia de electrones.

 

Las reacciones en donde interviene este compuesto(Capítulo 8) son: en la glucólisis cuando ocurre la deshidrogenación del gliceraldehido - 3 - fosfato y del piruvato; en el ciclo de Krebs, durante la deshidrogenación de isocitrato, a - cetoglutarato y malato en donde ingresa en la forma: NAD+, y sale en su forma reducida: NADH, acompañado de la producción de un protón H+, ya que un compuesto se reduce cuando gana electrones y se oxida cuando los pierde. Pues bien, el NAD es un cofactor de las enzimas que catalizan las reacciones mencionadas.

 

El NAD+ es una molécula orgánica compleja, está constituido por la unión de los siguientes compuestos: 2 moléculas de ribosa, que es una aldopentosa, una molécula de adenina, una molécula de niacina o vitamina B5 y dos moléculas de ácido fosfórico (Pi).

 

La ribosa es una aldopentosa, es decir, es un monosacárido que tiene la función aldehido y cinco átomos de carbono, su fórmula lineal se aprecia en 9.1a. Esta pentosa puede formar un hemiacetal interno y pasar a la forma furanosa, (9.1b).


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9.1

 

La adenina es una base nitrogenada cuya estructura se aprecia en 9.2.


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9.2


El ácido fosfórico (Pi) se observa en 9.3.


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9.3

 

Un nucleósido se forma por la unión de una molécula de ribosa y una base nitrogenada (para este caso la adenina). El nitrógeno marcado como 9 en la fórmula de la adenina (9.2), se une al oxidrilo del carbono 1 de la ribosa (9.1), produciéndose el nucleósido de adenina y una molécula de agua. Si al nucleósido así formado se le hace reaccionar con una molécula de ácido fosfórico, que se une al carbono cinco de la ribosa, se produce un nucleótido y una molécula de agua. En este caso particular se forma el nucleótido de adenina llamado monofosfato de adenosina o AMP. En la Figura 9.1 se aprecia la formación de una molécula de AMP.


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Figura 9.1 Formación del AMP. (Figura elaborada por el autor).

Como se ha señalado, otro componente del NAD+ es la niacina, nicotinamida o vitamina B5. Siendo una vitamina no la podemos fabricar y se tiene que ingerir en la dieta. Los alimentos ricos en este compuesto son hígado, carnes magras, cereales y legumbres. Cuando, por alguna razón, hay un individuo con deficiencia de niacina, no puede sintetizar una cantidad adecuada de NAD+ y se afectan las reacciones en donde este compuesto actúa como cofactor. Si la falta de esta molécula fuera total, se detendrían las vías metabólicas en donde se requiere y no sería posible la vida.

 

Cuando hay una deficiencia de nicotinamida se produce una enfermedad que se llama pelagra cuyos síntomas son los siguientes: debilidad, lasitud, anorexia (falta de apetito), indigestión, dermatitis, diarrea y síntomas nerviosos. La estructura de la nicotinamida se aprecia en 9.4.


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9.4


De manera muy parecida a como se formó un nucleótido de adenina (figura 9.1), se puede formar un nucleótido de nicotinamida. Para ello, hay que unir este compuesto al carbono 1 de una molécula de ribosa, que lleva unido un ácido fosfórico en el carbono 5. La estructura de un nucleótido de nicotinamida se exhibe en la figura 9.2.

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Figura 9.2 Estructura de un nucleótido de nicotinamida. (Figura elaborada por el autor).


Cuando se une un nucleótido de nicotinamida con otro de adenina, se obtiene un dinucleótido de nicotinamida y adenina o NAD+ (en inglés: Nicotinamide - ADdenine inucleotide). En la figura 9.3 se encuentran las estructuras del NAD+ y del NADH. El NADH se diferencia del NAD+, en que la segunda molécula tiene un par de electrones y un protón más que el NAD+, los cuales se insertan como un ión H-.


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Figura 9.3 Estructura del NAD+ y del NADH. (Figura elaborada por el autor).


¿Qué representa un ión H-?

 

 El isótopo más abundante del hidrógeno está constituido por un protón cargado positivamente y un electrón cargado negativamente, como el número de cargas positivas es igual al de las negativas, este átomo tiene una carga neta de cero y se representa así: H0. Si el átomo de hidrógeno adquiere un electrón adicional, no hay otro protón en el núcleo que contrarreste la carga negativa y entonces el hidrógeno se convierte en un ión cargado negativamente, por lo tanto H- representa un protón con dos electrones. Si al H0 se le quita el único electrón que posee, entonces adquiere una carga positiva H+.

 

Se puede observar, en la Figura 9.3, la fórmula del NAD+ que el nitrógeno que une a la nicotinamida con la ribosa tiene una carga positiva (siempre que el nitrógeno actúa con valencia cuatro tiene una carga positiva). Se observa también, en la nicotinamida del NAD+, el número y la distribución de las dobles ligaduras, así como el número de hidrógenos, unidos a los carbonos, asimismo en qué carbono ingresa el ión H- (marcado en rojo), y cómo se redistribuyen las dobles ligaduras al formarse el NADH. El H+ que se produce siempre que se forma NADH, es un hidrógeno que perdió su electrón (para formar el H-).

 

Ya que el par de electrones que lleva el NADH, vienen de alguna reacción catabólica y fueron donados por algún compuesto, esos electrones son ricos en energía y van a ser pasados a la cadena respiratoria regenerándose NAD+. El par de electrones llegará a un átomo de oxígeno y se producirá agua.

 

De todos los componentes del NAD+, el único que no podemos sintetizar los humanos es el ácido nicotínico, el cual por sí solo no tiene ninguna función. La molécula que sirve como cofactor de algunas deshidrogenasas es el NAD+. En la Figura 9.4 se observa el mecanismo de acción del NAD+. Únicamente se representa la molécula de nicotinamida, el resto de la molécula es la R.