Si ha investigado recientemente sobre el envejecimiento y la salud, es probable que se haya topado con la llamada molécula antienvejecimiento, NAD. Probablemente también la haya visto llamada NAD+ y tal vez incluso como NADH. Entonces, ¿cuál es la diferencia, si es que hay alguna?
La respuesta corta es que hay una diferencia, al menos entre el NAD y el NADH. En general, cuando se utiliza NAD se está hablando de NAD en general. Y a menudo cuando se utiliza «NAD» se está refiriendo a las formas químicas específicas de NAD, NAD+ y NADH, indistintamente.
NAD+ se escribe con un superíndice más (+) para designar la carga de la molécula y su estado químico específico. NADH se refiere al estado químico opuesto específico en el que se puede encontrar el NAD dentro de sus células. Una explicación más detallada es una que requiere un paseo por el carril de la memoria, de vuelta a los días de la química (más en eso más adelante).
NAD significa nicotinamida adenina dinucleótido, que es sólo un nombre elegante que describe las partes de su estructura química. Es una molécula que se encuentra en todas las células vivas y que es esencial para el metabolismo y el correcto funcionamiento de muchas otras moléculas clave como se ha mencionado anteriormente. El NAD existe en dos formas: NAD+ y NADH. Su capacidad para cambiar entre estas dos formas es lo que permite al NAD llevar a cabo su función principal: transportar electrones de una reacción a otra en el proceso del metabolismo y la producción de energía.
Como portadores de electrones, el NAD+ y el NADH ayudan a convertir los nutrientes de los alimentos en una forma de energía que las células pueden utilizar. A continuación se explica cómo funciona el proceso, empezando por un rápido repaso a la química básica.
La diferencia entre el NAD+ y el NADH son dos electrones y un hidrógeno
Como probablemente recuerdes, los átomos son la unidad más pequeña de la materia y las moléculas son sólo un conjunto de átomos unidos por enlaces químicos. El NAD+ y el NADH se consideran moléculas, que contienen los átomos de carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y fósforo.
Los átomos están formados por partículas llamadas protones, electrones y neutrones. Los protones tienen una carga eléctrica positiva, los electrones tienen una carga negativa y los neutrones no tienen carga. Los átomos son generalmente partículas neutras con el mismo número de protones y electrones.
Los protones y los neutrones se encuentran en el centro de un átomo, llamado núcleo. Los electrones orbitan alrededor del núcleo en lo que se denominan envolturas u orbitales. Las partículas con carga positiva y negativa actúan como imanes, que es lo que mantiene a los electrones unidos al núcleo del átomo.
En general, a un átomo le gusta tener ocho electrones en su capa exterior, lo que se llama la regla del octeto. Los átomos son más estables cuando sus capas exteriores están llenas y las cargas están equilibradas. Cuando tienen menos de ocho electrones o las cargas son desiguales, se vuelven reactivos. Esta es una de las razones por las que se producen las reacciones químicas.
Para conseguir un estado estable, los átomos comparten sus electrones. Esto da lugar a enlaces químicos y permite la formación de moléculas, como el NAD. En su estado más estable, el NAD está cargado positivamente (de ahí el nombre NAD+). La razón es que cuando todos los átomos que componen la molécula se unen, uno de los átomos de nitrógeno termina con un número desigual de electrones y protones.
Recuerda que, por sí solos, los átomos son neutros porque tienen un número igual de protones y electrones. En este caso, el átomo de nitrógeno termina con un protón más que electrones, dando a la molécula una carga positiva.
El NADH ocurre cuando el NAD+ acepta un átomo de hidruro-un átomo de hidrógeno con un electrón extra o dos electrones en total (H-). Del par de electrones del hidruro, un electrón se transfiere al nitrógeno cargado positivamente del anillo de nicotinamida del NAD+, y el segundo átomo de hidrógeno se transfiere al átomo de carbono C4 opuesto al átomo de nitrógeno. La reacción es fácilmente reversible cuando el NADH reduce otra molécula y se convierte de nuevo en NAD+. Esto significa que la coenzima puede realizar un ciclo continuo entre las formas NAD+ y NADH sin consumirse en el proceso. Este es exactamente el poder del NAD.
El papel del NAD en el metabolismo implica dar y tomar electrones
También se producirán reacciones químicas si se introducen nuevas moléculas en el sistema, como ocurre cuando se come. Los hidratos de carbono, las grasas y las proteínas de los alimentos que ingieres son un conjunto de átomos. El metabolismo es el proceso de descomponer estas grandes moléculas (a menudo llamadas macromoléculas) en sus partes componentes para que puedan ser utilizadas como energía o como bloques de construcción para las estructuras celulares.
Las reacciones químicas asociadas al metabolismo incluyen una serie de pasos por los que una molécula se transforma en otra. Esto ocurre como resultado de reacciones redox (también llamadas reacciones de oxidación-reducción), que implican la transferencia de electrones entre moléculas.
Cada paso es facilitado por una enzima específica, moléculas que ayudan a acelerar las reacciones químicas. La oxidorreductasa es la enzima que inicia la transferencia de electrones de una molécula, también llamada donante de electrones, a otra, llamada aceptora de electrones. Este grupo de enzimas suele utilizar cofactores, como el NAD, que actúa como aceptor de electrones. La molécula de alimento actúa como donante de electrones.
Debido a su estructura química, cada molécula de NAD+ puede aceptar dos electrones. Esta ganancia de electrones se llama reducción, y los electrones vienen en forma de átomo de hidrógeno. En una reacción redox, el átomo de hidrógeno contiene dos electrones que comparte con la molécula de NAD+. El enlace que se forma entre el NAD+ y el H- es lo que crea el NADH, la otra forma de NAD.
El NADH se considera la molécula portadora activada. Actúa transfiriendo estos electrones extra a la membrana interna de la mitocondria donde son donados a una estructura llamada cadena de transporte de electrones. Al igual que la molécula alimenticia, el NADH funciona como donante de electrones.
Los transportadores de electrones incrustados en la membrana mitocondrial son oxidorreductasas que trasladan los electrones del NADH al oxígeno molecular, otro aceptor de electrones. Esta pérdida de electrones se denomina oxidación. El NADH experimenta una reacción inversa, convirtiéndose de nuevo en NAD+.
El proceso de transferencia de electrones está acoplado al movimiento de protones, en forma de iones H+, a través de la membrana interna. Este bombeo de cargas positivas de un lado a otro de la membrana activa la proteína responsable de generar ATP, el combustible que utilizan las células. El NAD+ que sobra puede entonces reutilizarse como aceptor de electrones a medida que entra más alimento en el sistema.
El NAD también tiene otras funciones esenciales en la célula
Por ejemplo, de la Wikipedia:
El NAD también puede activar una serie de otras enzimas esenciales en la célula.
La coenzima NAD+ también se consume en las reacciones de transferencia de ADP-ribosa. Por ejemplo, las enzimas llamadas ADP-ribosiltransferasas añaden la fracción de ADP-ribosa de esta molécula a las proteínas, en una modificación postraduccional llamada ADP-ribosilación. La ADP-ribosilación implica la adición de una sola molécula de ADP-ribosa, en la mono-ADP-ribosilación, o la transferencia de ADP-ribosa a las proteínas en largas cadenas ramificadas, lo que se denomina poli(ADP-ribosilación). La mono-ADP-ribosilación se identificó por primera vez como el mecanismo de un grupo de toxinas bacterianas, en particular la toxina del cólera, pero también participa en la señalización celular normal. La poli(ADP-ribosil)ación es llevada a cabo por las poli(ADP-ribosa) polimerasas. La estructura de la poli(ADP-ribosa) está implicada en la regulación de varios eventos celulares y es más importante en el núcleo celular, en procesos como la reparación del ADN y el mantenimiento de los telómeros. Además de estas funciones dentro de la célula, recientemente se ha descubierto un grupo de ADP-ribosiltransferasas extracelulares, pero sus funciones siguen siendo oscuras. El NAD+ también puede añadirse al ARN celular como modificación 5′-terminal.
Otra función de esta coenzima en la señalización celular es la de precursor de la ADP-ribosa cíclica, que se produce a partir del NAD+ por las ADP-ribosilciclasas, como parte de un sistema de segundo mensajero. Esta molécula actúa en la señalización del calcio liberando el calcio de las reservas intracelulares. Lo hace uniéndose y abriendo una clase de canales de calcio llamados receptores de rianodina, que se encuentran en las membranas de los orgánulos, como el retículo endoplásmico.
El NAD+ también es consumido por las sirtuinas, que son desacetilasas dependientes del NAD, como Sir2. Estas enzimas actúan transfiriendo un grupo acetilo de su proteína sustrato a la fracción de ADP-ribosa del NAD+; esto escinde la coenzima y libera nicotinamida y O-acetil-ADP-ribosa. Las sirtuinas parecen participar principalmente en la regulación de la transcripción mediante la desacetilación de las histonas y la alteración de la estructura de los nucleosomas. Sin embargo, las sirtuinas también pueden desacetilar proteínas no histónicas. Estas actividades de las sirtuinas son especialmente interesantes por su importancia en la regulación del envejecimiento.
Otras enzimas dependientes de NAD incluyen las ligasas de ADN bacterianas, que unen dos extremos de ADN utilizando NAD+ como sustrato para donar una fracción de adenosina monofosfato (AMP) al fosfato 5′ de un extremo del ADN. Este intermediario es entonces atacado por el grupo hidroxilo 3′ del otro extremo del ADN, formando un nuevo enlace fosfodiéster. Esto contrasta con las ADN ligasas eucariotas, que utilizan el ATP para formar el intermedio ADN-AMP.
Li et al. han descubierto que el NAD+ regula directamente las interacciones proteína-proteína. También demuestran que una de las causas de la disminución de la reparación del ADN relacionada con la edad puede ser el aumento de la unión de la proteína DBC1 (Deleted in Breast Cancer 1) a la PARP1 (polimerasa 1) a medida que los niveles de NAD+ disminuyen durante el envejecimiento. Así, la modulación del NAD+ puede proteger contra el cáncer, la radiación y el envejecimiento.
El NAD también puede funcionar como una molécula de señalización celular
En los últimos años, el NAD+ también ha sido reconocido como una molécula de señalización extracelular implicada en la comunicación entre células. El NAD+ es liberado por las neuronas de los vasos sanguíneos, la vejiga urinaria y el intestino grueso, por las células neurosecretoras y por los sinaptosomas del cerebro, y se ha propuesto que es un nuevo neurotransmisor que transmite información desde los nervios a las células efectoras de los órganos musculares lisos. En las plantas, el dinucleótido de nicotinamida adenina extracelular induce la resistencia a la infección por patógenos y se ha identificado el primer receptor extracelular de NAD. Se necesitan más estudios para determinar los mecanismos subyacentes de sus acciones extracelulares y su importancia para la salud humana y los procesos vitales en otros organismos.
El NAD es una molécula dinámica
Muchos procesos biológicos se dedican a descomponer las moléculas en los átomos que las componen para que puedan volver a ensamblarse en otras moléculas útiles. El metabolismo es uno de esos procesos que funciona para convertir los alimentos en energía, así como en bloques de construcción para las estructuras celulares. Dado que sus productos finales son vitales para muchas funciones celulares, a menudo se le denomina el conjunto de reacciones químicas que mantienen la vida.
Parte del proceso metabólico implica la transferencia de electrones entre moléculas. Esta transferencia de electrones se produce como resultado de reacciones redox, en las que una molécula dona electrones y otra acepta electrones. El NAD es uno de los principales portadores de electrones en las reacciones redox, con una capacidad única para funcionar tanto como donante como aceptor.
Para desempeñar su papel de portador de electrones, el NAD revierte entre dos formas, NAD+ y NADH. El NAD+ acepta electrones de las moléculas de los alimentos, transformándolo en NADH. El NADH dona electrones al oxígeno, convirtiéndolo de nuevo en NAD+.
La proporción relativa de estas dos moléculas depende del estado energético de la célula, estando presente más NADH en estado de alimentación. La proporción NAD+:NADH puede actuar como una señal, alertando a la célula de los cambios en su estado energético. Se cree que este mecanismo de señalización es importante para la activación de una serie de enzimas celulares esenciales para las respuestas celulares adaptativas que funcionan para mantener la salud celular.
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