니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산

3. NADP+의 합성

NADP⁺의 기본 골격은 NAD⁺와 거의 같기 때문에 NAD⁺의 아데닌 잔기와 연결된 리보스의 2' 위치에 인산기만 붙으면 NADP⁺가 합성된다.

:NAD⁺ + ATP → NADP⁺ + ADP

일반적으로, NADPH가 합성되기 전에 NADP⁺가 합성된다. 이러한 반응은 보통 NAD⁺로부터 시작되며, 이는 *de novo* 또는 재활용 경로에서 유래하며, NAD⁺ 키나아제가 추가적인 인산기를 더한다.^[3] ADP-리보실 시클라아제는 재활용 경로에서 니코틴아마이드로부터의 합성을 가능하게 하며, NADP⁺ 포스파타아제는 NADPH를 NADH로 다시 변환하여 균형을 유지할 수 있게 한다.^[3] 일부 형태의 NAD⁺ 키나아제, 특히 미토콘드리아 내의 것은 NADH를 직접 NADPH로 전환하는 데에도 관여할 수 있다.^[5][6] 원핵생물 경로는 덜 알려져 있지만, 모든 유사한 단백질을 고려할 때 과정은 유사한 방식으로 작동할 것으로 보인다.^[3]

4. NADPH의 합성

NADPH는 NADP⁺로부터 생성된다. NADPH의 주요 생성 경로는 다음과 같다.

• 오탄당 인산 경로: 동물 및 기타 비광합성 유기체에서 NADPH의 주요 공급원은 오탄당 인산 경로의 첫 번째 단계에서 포도당-6-인산 탈수소효소(G6PDH)에 의한 반응이다. 오탄당 인산 경로는 포도당으로부터 NAD(P)H의 또 다른 중요한 부분인 오탄당을 생성한다. 일부 박테리아는 엔트너-듀도로프 경로에 G6PDH를 사용하지만 NADPH 생산량은 동일하다.^[3]
• 광합성: 모든 생명체에 존재하는 페레독신-NADP(+) 환원효소는 식물 및 시아노박테리아를 포함한 광합성 유기체에서 NADPH의 주요 공급원이다. 이 효소는 광합성의 명반응의 전자 사슬의 마지막 단계에 나타난다. 이 효소는 캘빈 회로에서 이산화탄소를 동화하고 이산화탄소를 포도당으로 전환하는 데 도움을 주는 생합성 반응에 대한 환원력으로 사용된다. 또한 다른 비광합성 경로에서도 전자를 수용하는 기능을 한다. 즉, 질소 순환에서 식물 동화를 위해 질산을 암모니아로 환원시키고, 오일을 생산하는 데 필요하다.^[3]
• 미토콘드리아: NADPH를 생성하는 다른 여러 덜 알려진 메커니즘이 있으며, 이들은 모두 진핵생물에서 미토콘드리아의 존재에 의존한다. 이러한 탄소 대사 관련 과정의 핵심 효소는 사과산 효소, 아이소시트르산 탈수소효소 (IDH) 및 글루탐산 탈수소효소의 NADP 의존적 동형 효소이다. 이러한 반응에서 NADP⁺는 다른 효소에서 NAD⁺와 같이 산화제로 작용한다.^[7] 아이소시트르산 탈수소효소 메커니즘은 지방, 아마도 간 세포에서도 NADPH의 주요 공급원인 것으로 보인다.^[8] 이러한 과정은 박테리아에서도 발견된다. 박테리아는 또한 동일한 목적으로 NADP 의존적 글리세르알데히드 3-인산 탈수소효소를 사용할 수 있다. 오탄당 인산 경로와 마찬가지로 이러한 경로는 해당과정의 일부와 관련이 있다.^[3] NADPH 생성과 관련된 또 다른 탄소 대사 관련 경로는 미토콘드리아 엽산 주기이며, 이 경로는 주로 세린을 1탄소 단위의 공급원으로 사용하여 미토콘드리아에서 뉴클레오티드 합성 및 산화 환원 항상성을 유지한다. 미토콘드리아 엽산 주기는 최근 암세포의 미토콘드리아에서 NADPH 생성의 주요 기여자로 제시되었다.^[9]
• 기타 경로: NADPH는 탄소 대사와 관련 없는 경로를 통해서도 생성될 수 있다. 페레독신 환원효소가 그러한 예이다. 니코틴아마이드 뉴클레오티드 트랜스수소화효소는 NAD(P)H와 NAD(P)⁺ 사이에서 수소를 전달하며, 진핵생물 미토콘드리아 및 많은 박테리아에서 발견된다. 작동에 양성자 기울기가 필요한 버전과 그렇지 않은 버전이 있다. 일부 혐기성 유기체는 수소 탈수소효소 (NADP+)를 사용하여 수소 기체에서 수소화물을 떼어내어 양성자와 NADPH를 생성한다.^[3]

4. 1. 오탄당 인산 경로

4. 2. 엔트너-듀도로프 경로

4. 3. 광합성

4. 4. 미토콘드리아

4. 5. 기타 경로

5. NADPH의 산화

NADPH는 산화환원 반응 및 생합성 반응에 필요한 전자를 제공한다.^[23] NADPH는 글루타티온을 재생하여 활성산소로부터 세포를 보호하고, 콜레스테롤 합성, 지방산 사슬 연장과 같은 동화작용에 사용된다.^[23] 또한 NADPH는 면역세포에서 자유 라디칼을 생성하여 병원체를 파괴하는 호흡폭발 과정에 관여하며,^[24] 방향족 화합물, 스테로이드, 알코올, 약물의 사이토크롬 P450 하이드록실화에 필요한 전자를 제공한다.^[24]

5. 1. 캘빈 회로

• ACP: 아실 운반 단백질

5. 2. 지방산 합성

• 아세토아세틸-ACP (아실 운반 단백질) + NADPH → β-하이드록시뷰티릴-ACP + NADP⁺

• 크로토닐-ACP + NADPH → 뷰틸-ACP + NADP⁺

5. 3. C4 및 CAM 식물

5. 4. 글루타티온 환원

• 산화형 글루타티온(GSSG) + NADPH → 환원형 글루타티온(GSH) + NADP⁺

6. NADPH의 기능

NADPH는 글루타티온을 재생해서 활성산소의 독성으로부터 보호하는 것을 포함하는 산화환원 반응 및 생합성 반응에 대한 환원당량을 제공한다.^[23] NADPH는 콜레스테롤의 합성과 지방산 사슬의 연장과 같은 동화작용에 사용된다.

또한 NADPH 시스템은 면역세포에서 자유 라디칼의 생성을 담당한다. 이러한 라디칼은 호흡폭발이라 불리는 과정에서 병원체를 파괴하는데 사용된다.^[24] 이는 방향족 화합물, 스테로이드, 알코올, 약물의 사이토크롬 P450의 하이드록실화에 대한 환원당량의 원천이다.

NADPH는 생합성 반응에 필요한 환원제(일반적으로 수소 원자)를 제공하며, 활성 산소 (ROS)의 독성에 대한 방어와 관련된 산화-환원 반응을 수행하여 글루타티온 (GSH)의 재생을 가능하게 한다.^[11] NADPH는 또한 콜레스테롤 생합성, 스테로이드 생합성,^[12] 아스코르브산 생합성,^[12] 자일리톨 생합성,^[12] 세포질 지방산 생합성^[12] 및 미소체 지방산 사슬 연장과 같은 동화 작용 경로에도 사용된다.

NADPH 시스템은 또한 NADPH 산화효소에 의해 면역 세포에서 자유 라디칼을 생성하는 데에도 관여한다. 이러한 라디칼은 호흡 폭발이라는 과정을 통해 병원체를 파괴하는 데 사용된다.^[13] 이는 방향족 화합물, 스테로이드, 알코올 및 약물의 시토크롬 P450 수산화 반응에 필요한 환원 등가물의 공급원이다.

NADPH는 생체 내 전자 전달에 기여하며, 그중에서도 유명한 것이 광합성의 전자 전달 물질로서의 역할이다. 또한, 해당 과정은 해당 당분해 과정의 엔트너-도우드로프 경로, 지방산 및 스테로이드 생합성에도 기능한다.

7. NADP(H)를 조효소로 사용하는 효소

아드레노독신 환원효소는 대부분의 생물체에 보편적으로 존재하는 효소이다.^[25] 이 효소는 두 개의 전자를 NADPH에서 FAD로 전달한다. 척추동물에서 이 효소는 스테로이드 호르몬을 합성하는 미토콘드리아의 P450 시스템의 사슬에서 첫 번째 효소로 작용한다.^[26]

NADP를 결합하는 많은 효소는 "Rossmann fold"라고 불리는 공통적인 초이차 구조를 공유한다. 초기 베타-알파-베타(βαβ) 폴드는 Rossmann fold의 가장 잘 보존된 부분이다. 이 부분은 NADP의 ADP 부분과 접촉한다. 따라서 "ADP-결합 βαβ fold"라고도 불린다.^[16]

8. NADP(H)를 기질로 사용하는 효소

세포질 단백질 MESH1^[19]과 미토콘드리아 단백질 녹터닌^[20]은 진핵생물에서 NADP(H)의 2' 인산을 제거하는 효소이다. MESH1 ([https://www.rcsb.org/structure/5vxA 5VXA])과 녹터닌 ([https://www.rcsb.org/structure/6nf0 6NF0])의 구조와 NADPH 결합은 관련이 없다.

9. 안정성

NADH와 NADPH는 염기성 용액에서 매우 안정적이지만, NAD⁺와 NADP⁺는 염기성 용액에서 분해되어 정량에 편리하게 사용할 수 있는 형광 물질을 생성한다. 반대로, NADPH와 NADH는 산성 용액에서 분해되는 반면, NAD⁺/NADP⁺는 산에 비교적 안정적이다.^[14][15]

참조

_[1] 웹사이트 NADP nicotinamide-adenine-dinucleotide phosphate https://pubchem.ncbi[...] U.S. National Library of Medicine 2024-08-22
_[2] 서적 Introduction to Modern Biochemistry https://books.google[...] Academic Press 2014-05-12
_[3] 논문 NADPH-generating systems in bacteria and archaea 2015
_[4] 논문 Structure and function of NAD kinase and NADP phosphatase: key enzymes that regulate the intracellular balance of NAD(H) and NADP(H) 2008-04
_[5] 논문 Characterization of NADH kinase from Saccharomyces cerevisiae 1989-04
_[6] 논문 Localization of the NADH kinase in the inner membrane of yeast mitochondria 1989-06
_[7] 논문 Routes and regulation of NADPH production in steroidogenic mitochondria 1995-02
_[8] 웹사이트 10.4.3 Supply of NADPH for fatty acid synthesis http://watcut.uwater[...] 2012-04-06
_[9] 논문 Escaping Death: Mitochondrial Redox Homeostasis in Cancer Cells 2017-06
_[10] 논문 Separating NADH and NADPH fluorescence in live cells and tissues using FLIM Springer Science and Business Media LLC 2014-05
_[11] 논문 Organic hydroperoxide-induced lipid peroxidation and cell death in isolated hepatocytes 1985-05
_[12] 서적 Harper's illustrated Biochemistry, 30th edition McGraw Hill
_[13] 논문 The association of elevated reactive oxygen species levels from neutrophils with low-grade inflammation in the elderly 2008-10
_[14] 서적 Enzymatic analysis : a practical guide Humana Press
_[15] 논문 Extraction and Quantitation of Nicotinamide Adenine Dinucleotide Redox Cofactors 2018-01
_[16] 논문 Proteopedia: Rossmann fold: A beta-alpha-beta fold at dinucleotide binding sites 2015
_[17] 논문 Conservation of the Enzyme-Coenzyme Interfaces in FAD and NADP Binding Adrenodoxin Reductase-A Ubiquitous Enzyme 2017-12
_[18] 논문 Steroidogenic enzymes: structure, function, and role in regulation of steroid hormone biosynthesis 1992-12
_[19] 논문 Mammalian stringent-like response mediated by the cytosolic NADPH phosphatase MESH1
_[20] 논문 The metabolites NADP⁺ and NADPH are the targets of the circadian protein Nocturnin (Curled) 2019-05
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_[27] 문서 EC #: Enzyme Commision number