Кратко и по существу.
Роль коферментов NAD+/FAD
- Функция: переносчики электронов в окислительно‑восстановительных реакциях — принимают электроны от субстратов и передают их в дыхательную цепь или на другие акцепторы. Формулы:
- ${\mathrm{NAD}}^{+}+2e^{-}+2H^{+}\rightleftharpoons \mathrm{NADH}+H^{+}$ - $\mathrm{FAD}+2e^{-}+2H^{+}\rightleftharpoons {\mathrm{FADH}}_2$ - Биохимический контекст:
- ${\mathrm{NAD}}^{+}$ — обычно растворимый переносчик, ключев в катаболизме: гликолиз (GAPDH), пируватдегидрогеназный комплекс, цикл Кребса, бета‑окисление; восстанавливается до $\mathrm{NADH}$.
- $\mathrm{FAD}$ (часто как FAD в составе фермента) принимает электроны в реакциях, где перенос требует более низкого потенциала (сукцинатдегидрогеназа, ацил‑CoA дегидрогеназы) и образует ${\mathrm{FADH}}_2$.
- Восстановлённые формы отдают электроны в дыхательной цепи: $\mathrm{NADH}$ через комплекс I, ${\mathrm{FADH}}_2$ через комплекс II, что приводит к синтезу АТФ (приблизительно $\mathrm{NADH}\to \approx 2.5$ АТФ, ${\mathrm{FADH}}_2\to \approx 1.5$ АТФ).
- Равновесие редокс‑пар определяет направление потоков: высокий коэффициент ${\mathrm{NAD}}^{+}/\mathrm{NADH}$ стимулирует окисление субстратов; для восстановительных путей (жиросинтез, антиоксидантная защита) используется пара ${\mathrm{NADP}}^{+}/\mathrm{NADPH}$ (коэффициент $\mathrm{NADPH}/{\mathrm{NADP}}^{+}$ обычно высок).
Последствия дефицита или нарушения регенерации (в клетке)
- Энергетический дефицит: уменьшение окисления субстратов → падение транспорта электронов в ОФЭ и синтеза АТФ → энергетическая недостаточность, особенно в тканях с высоким потреблением (мышцы, мозг, сердце).
- Смена метаболизма в анаэробную сторону: при недостатке ${\mathrm{NAD}}^{+}$ гликолиз тормозится (GAPDH), клетка усиливает восстановление пирувата до лактата для регенерации ${\mathrm{NAD}}^{+}$:
- $\mathrm{pyruvate}+\mathrm{NADH}\to \mathrm{lactate}+{\mathrm{NAD}}^{+}$,
что приводит к накоплению лактата и риску лактатацидоза.
- Накопление восстановлённых промежуточных продуктов (жирные кислоты, кетоновые тела, восстановленные ТЦА‑метаболиты) и нарушение кетаболизма/бета‑окисления.
- Окислительный стресс: снижение $\mathrm{NADPH}$ (связано с перекосом редокс‑пула) ослабляет восстановление глутатиона и других антиоксидантов → рост перекисного окисления липидов и повреждение белков/ДНК.
- Нарушение анаболических путей: $\mathrm{NADPH}$ необходим для синтеза жирных кислот, холестерина, восстановления биосинтетических редуктаз; его дефицит тормозит синтез.
- Сигнальные и репаративные эффекты: ${\mathrm{NAD}}^{+}$ — субстрат для PARP и деацетилаз sirtuin; дефицит ${\mathrm{NAD}}^{+}$ ухудшает репарацию ДНК, регуляцию транскрипции и стресс‑ответ.
- Клинические проявления и причины: ишемия или блокада дыхательной цепи (токсины) уменьшают регенерацию ${\mathrm{NAD}}^{+}$; дефицит ниацина (предшественников NAD) — пеллагра; дефицит рибофлавина (FMN/FAD) нарушает FAD‑зависимые реакции — слабость, дерматит, неврологические симптомы.
Краткие практические выводы
- Нормальные клетки поддерживают высокий ${\mathrm{NAD}}^{+}/\mathrm{NADH}$ для катаболизма и высокий $\mathrm{NADPH}/{\mathrm{NADP}}^{+}$ для редуктивных процессов.
- Нарушение восстановления этих коферментов даёт каскадный эффект: потеря энергии, накопление лактата/редуцированных метаболитов, окислительный стресс, нарушение синтеза и репарации — в конечном счёте апоптоз/некроз.
- Лечение/профилактика: восстановление доставки кислорода/функции митохондрий, добавление предшественников ($\mathrm{niacin}$, $\mathrm{riboflavin}$, исследуются NR/NMN) и устранение токсинов.