Se fez recentemente alguma investigação sobre o envelhecimento e a saúde, provavelmente tropeçou na chamada molécula anti-envelhecimento, NAD. Provavelmente também já a viu chamada NAD+ e talvez até como NADH. Portanto, qual é a diferença, se houver alguma?
A resposta curta é que há uma diferença, pelo menos entre NAD e NADH. De um modo geral, quando se usa NAD NAD, fala-se de NAD em geral. E frequentemente quando se usa “NAD” refere-se às formas químicas específicas de NAD, NAD+ e NADH, intercambiavelmente.
NAD+ é escrito com um sobrescrito mais (+) para designar a carga da molécula e o seu estado químico específico. NADH refere-se ao estado químico oposto específico que o NAD pode ser encontrado dentro das suas células. Uma explicação mais detalhada é aquela que requer um jog down memory lane, de volta aos dias da química (mais sobre isso mais tarde).
NAD significa nicotinamida adenina dinucleótido, que é apenas um nome extravagante que descreve as partes da sua estrutura química. É uma molécula encontrada em todas as células vivas que é essencial para o metabolismo e o bom funcionamento de muitas outras moléculas chave, como mencionado acima. O NAD existe em duas formas: NAD+ e NADH. A sua capacidade de alternar entre estas duas formas é o que permite ao NAD desempenhar a sua principal função de transportar electrões de uma reacção para outra no processo de metabolismo e produção de energia.
Como um portador de electrões, NAD+ e NADH ajudam a converter os nutrientes nos seus alimentos numa forma de energia que as suas células podem utilizar. Eis como o processo funciona, começando com uma rápida actualização de alguma química básica.
A diferença entre NAD+ e NADH são dois electrões e um hidrogénio
Como provavelmente se lembra, os átomos são a menor unidade de matéria e as moléculas são apenas um conjunto de átomos mantidos juntos por ligações químicas. NAD+ e NADH são considerados moléculas, contendo os átomos carbono, hidrogénio, azoto, oxigénio e fósforo.
Os átomos são constituídos por partículas chamadas protões, electrões e neutrões. Os prótons transportam uma carga eléctrica positiva, os electrões transportam uma carga negativa, e os neutrões não transportam carga. Os átomos são geralmente partículas neutras, sendo o número de prótons e electrões igual.
Os prótons e os neutrões estão localizados no centro de um átomo, chamado núcleo. Os electrões orbitam em torno do núcleo, naquilo a que se chamam conchas ou orbitais. As partículas carregadas positiva e negativamente actuam como ímanes, que é o que mantém os electrões ligados ao núcleo do átomo.
De facto, um átomo gosta de ter oito electrões na sua concha exterior – o que é chamado a regra do octeto. Os átomos são mais estáveis quando as suas conchas exteriores estão cheias e as cargas estão equilibradas. Quando têm menos de oito electrões, ou as cargas se tornam desiguais, tornam-se reactivos. Esta é uma das razões pelas quais ocorrem reacções químicas.
A fim de alcançar um estado estável, os átomos partilharão os seus electrões. Isto resulta em ligações químicas e permite a formação de moléculas, tais como o NAD. No seu estado mais estável, o NAD é carregado positivamente (daí o nome NAD+). A razão é que quando todos os átomos que compõem a molécula se ligam entre si, um dos átomos de azoto acaba por ter um número desigual de electrões e protões.
Remmbrar, por si só, que os átomos são neutros porque têm um número igual de protões e electrões. Neste caso, o átomo de azoto acaba com mais um próton do que os electrões, dando à molécula uma carga positiva.
NADH acontece quando o NAD+ aceita um átomo de hidreto – um átomo de hidrogénio com um electrão extra ou dois electrões no total (H-). Do par de electrões do hidreto, um electrão é transferido para o azoto com carga positiva do anel de nicotinamida do NAD+, e o segundo átomo de hidrogénio é transferido para o átomo de carbono C4 oposto ao átomo de azoto. A reacção é facilmente reversível quando o NADH reduz outra molécula e é convertido de volta ao NAD+. Isto significa que a coenzima pode circular continuamente entre as formas de NAD+ e NADH sem ser consumida no processo. Este é exactamente o poder do NAD.
O papel do NAD no metabolismo envolve dar e tomar electrões
Reacções químicas também ocorrerão se novas moléculas forem introduzidas no sistema, como é o caso quando se come. Os hidratos de carbono, gorduras e proteínas nos alimentos que ingerimos são todos apenas uma colecção de átomos. Metabolismo é o processo de quebrar estas moléculas grandes (muitas vezes chamadas macromoléculas) nas suas partes componentes para que possam ser utilizadas como energia ou como blocos de construção de estruturas celulares.
As reacções químicas associadas ao metabolismo incluem uma série de passos através dos quais uma molécula é transformada noutra molécula. Isto ocorre como resultado de reacções redox (também chamadas reacções de oxidação-redução), que envolvem a transferência de electrões entre moléculas.
Cada passo é facilitado por uma enzima específica, moléculas que ajudam a acelerar as reacções químicas. A oxidoreductase é a enzima que inicia a transferência de electrões de uma molécula, também chamada de doador de electrões, para outra, chamada de aceitador de electrões. Este grupo de enzimas utiliza normalmente cofactores, tais como o NAD, que actua como o aceitador de electrões. A molécula alimentar actua como doador de electrões.
p>Due à sua estrutura química, cada molécula de NAD+ pode aceitar dois electrões. A este ganho de electrões chama-se redução, com os electrões a virem sob a forma de um átomo de hidrogénio. Numa reacção redox, o átomo de hidrogénio contém dois electrões que partilha com a molécula de NAD+. A ligação que é formada entre NAD+ e H- é o que cria NADH, a outra forma de NAD.
NADH é considerada a molécula portadora activada. Actua para transferir estes electrões extra para a membrana interna da mitocôndria, onde são doados a uma estrutura chamada cadeia de transporte de electrões. Tal como a molécula alimentar, NADH funciona como um doador de electrões.
Os transportadores de electrões incorporados na membrana mitocondrial são as oxidoreductases que transportam electrões de NADH para o oxigénio molecular, outro aceitador de electrões. Esta perda de electrões é chamada oxidação. NADH sofre uma reacção inversa, convertendo-se de volta para NAD+.
O processo de transferência de electrões é acoplado ao movimento de protões, sob a forma de iões H+, através da membrana interna. Este bombeamento de cargas positivas de um lado da membrana para o outro activa a proteína responsável pela geração do ATP, o combustível utilizado pelas suas células. O NAD+ que sobra pode então ser reutilizado como um aceitador de electrões à medida que mais alimento entra no sistema.
NAD também tem outras funções essenciais na célula
Por exemplo, da Wikipedia:
NAD também pode activar uma série de outras enzimas essenciais na célula.
A coenzima NAD+ também é consumida nas reacções de transferência ADP-ribose. Por exemplo, as enzimas chamadas ADP-ribosiltransferases adicionam a fracção ADP-ribose desta molécula às proteínas, numa modificação pós-tradução chamada ADP-ribosilação. A ADP-ribosilação envolve ou a adição de uma única fracção ADP-ribosilação, em mono-ADP-ribosilação, ou a transferência da ADP-ribosilação para proteínas em cadeias longas ramificadas, que é chamada poli(ADP-ribosil)ation. A mono-ADP-ribosilação foi inicialmente identificada como o mecanismo de um grupo de toxinas bacterianas, nomeadamente a toxina da cólera, mas também está envolvida na sinalização celular normal. A poli(ADP-ribosyl)ation é realizada pelas polimerases de poli(ADP-ribosyl)ation. A estrutura de poli(ADP-ribose) está envolvida na regulação de vários eventos celulares e é mais importante no núcleo celular, em processos tais como a reparação do ADN e a manutenção de telómeros. Para além destas funções dentro da célula, foi recentemente descoberto um grupo de ADP-ribosiltransferases extracelulares, mas as suas funções permanecem obscuras. NAD+ também pode ser adicionado ao RNA celular como uma modificação terminal 5′.
Uma outra função desta coenzima na sinalização celular é como um precursor de ADP-ribosyl cíclico, que é produzido a partir de NAD+ por ADP-ribosyl ciclases, como parte de um segundo sistema de mensageiro. Esta molécula actua na sinalização de cálcio, libertando cálcio de armazéns intracelulares. Faz isto ligando e abrindo uma classe de canais de cálcio chamados receptores de ryanodine, que estão localizados nas membranas das organelas, tais como o retículo endoplasmático.
NAD+ é também consumido pelas sirtuínas, que são deacetylases dependentes de NAD, tais como Sir2. Estas enzimas actuam através da transferência de um grupo acetil da sua proteína de substrato para a fracção ADP-ribose de NAD+; isto fende a coenzima e liberta nicotinamida e O-acetyl-ADP-ribose. As sirtuínas parecem estar principalmente envolvidas na regulação da transcrição através de histonas desacetílicas e na alteração da estrutura do nucleossoma. No entanto, as proteínas não-histónicas também podem ser desactivadas pelas sirtuínas. Estas actividades das sirtuínas são particularmente interessantes devido à sua importância na regulação do envelhecimento.
Outras enzimas dependentes de NAD incluem ligas de ADN bacterianas, que unem duas pontas de ADN usando NAD+ como substrato para doar uma fracção de adenosina monofosfato (AMP) ao fosfato 5′ de uma ponta de ADN. Este intermediário é então atacado pelo grupo hidroxil 3′ da outra extremidade de ADN, formando uma nova ligação fosfodiéster. Isto contrasta com as ligas de ADN eucarióticas, que utilizam ATP para formar o intermediário DNA-AMP.
Li et al. descobriram que NAD+ regula directamente as interacções proteína-proteína. Também mostram que uma das causas do declínio relacionado com o envelhecimento na reparação do ADN pode ser o aumento da ligação da proteína DBC1 (Eliminada no cancro da mama 1) à PARP1 (poli polimerase 1) à medida que os níveis de NAD+ diminuem durante o envelhecimento. Assim, a modulação da NAD+ pode proteger contra o cancro, radiação, e envelhecimento.
NAD também pode funcionar como uma molécula de sinalização celular
Nos últimos anos, a NAD+ também tem sido reconhecida como uma molécula de sinalização extracelular envolvida na comunicação célula a célula. O NAD+ é libertado a partir de neurónios nos vasos sanguíneos, bexiga urinária, intestino grosso, de células neurosecretoras, e de sinaptomos cerebrais, e é proposto para ser um novo neurotransmissor que transmite informação de nervos para células efetoras em órgãos musculares lisos. Nas plantas, o nicotinamida adenina dinucleótido extracelular induz resistência à infecção patogénica e o primeiro receptor extracelular de NAD foi identificado. São necessários mais estudos para determinar os mecanismos subjacentes às suas acções extracelulares e a sua importância para a saúde humana e processos de vida noutros organismos.
NAD é uma molécula dinâmica
Muitos processos biológicos são dedicados a decompor as moléculas nos seus átomos componentes para que possam ser remontadas em outras moléculas úteis. O metabolismo é um desses processos que funciona para converter alimentos em energia, bem como para construir blocos para estruturas celulares. Como os seus produtos finais são vitais para muitas funções celulares, é frequentemente referido como o conjunto de reacções químicas que sustentam a vida.
Parte do processo metabólico envolve a transferência de electrões entre moléculas. Esta transferência de electrões ocorre como resultado de reacções redox, em que uma molécula doa electrões e outra molécula aceita electrões. NAD é um dos principais portadores de electrões nas reacções redox, com uma capacidade única de funcionar tanto como doador como como aceitador.
Para desempenhar o seu papel de portador de electrões, NAD reverte entre duas formas, NAD+ e NADH. O NAD+ aceita electrões de moléculas alimentares, transformando-o em NADH. NADH doa electrões ao oxigénio, convertendo-o de volta a NAD+.
A proporção relativa destas duas moléculas depende do estado energético da célula, estando mais NADH presente num estado alimentado. A razão NAD+:NADH pode actuar como um sinal, alertando a célula para alterações no seu estado energético. Acredita-se que este mecanismo de sinalização seja importante para a activação de um número de enzimas celulares essenciais para as respostas celulares adaptativas que funcionam para manter a saúde celular.
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