NADPH - Definition und Funktion

NADPH Definition

NADPH ist ein Cofaktor, der zur Abgabe von Elektronen und einem Wasserstoff an Reaktionen verwendet wird, die von einigen Enzymen katalysiert werden. Typischerweise verwenden Enzyme, die in anabole Pfade involviert sind, die große Moleküle erzeugen, NADPH, während Enzyme, die am Abbau von Molekülen beteiligt sind, das analoge NADH verwenden. Sowohl Pflanzen als auch Tiere verwenden NADPH und NADH, und sie sind typischerweise in Organellen und Cytosol unterteilt. Mitochondrien verwenden NADH während der oxidativen Phosphorylierung, während viele Enzyme im Zytosol große Biomoleküle unter Verwendung von NADPH synthetisieren. Chloroplasten in Pflanzen verwenden ebenfalls NADPH als Teil des Weges zur Synthese von Zuckern aus Sonnenlicht und Kohlendioxid. Wie bei anderen Reaktionen hilft NADPH dabei, Elektronen und Protonen, die vom Sonnenlicht angetrieben werden, in neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen zu transportieren, wodurch Zuckermoleküle entstehen.

NADPH wird oft in höherer Konzentration im Cytosol gehalten als NADP+, um die einfache Reduktion von kleinen Molekülen zu größeren Makromolekülen zu ermöglichen. Das NADPH verliert eher seinen Wasserstoff und seine Elektronen, wenn es in hoher Konzentration vorliegt. Dies steht im Gegensatz zu NADH, das oft in geringerer Konzentration als NAD+ vorkommt. NADH wird oft in katabolen Pfaden verwendet, dem Gegenteil von anabolen Pfaden. Dies begünstigt anabole Reaktionen im Cytosol. In den Mitochondrien ist das Verhältnis dieser Chemikalien umgekehrt, und katabole oxidative Reaktionen werden begünstigt. Dadurch wird sichergestellt, dass Fettsäuren im Cytosol synthetisiert werden können, während die Mitochondrien weiterhin ATP zur Energiegewinnung produzieren können. Die Konzentrationen von NADPH und NADH werden durch spezielle Enzyme und Bahnen in den Mitochondrienmembranen reguliert, sowie durch das Shuttling von Molekülen von einer Seite der Membran zur anderen, an dem oft NADPH beteiligt ist.

Funktion von NADPH

NADPH ist das typische Coenzym für Reduktionsreaktionen, wie sie in den anabolen Stoffwechselwegen von Organismen vorkommen. Zum Beispiel werden bei der Bildung von Zuckern während der Photosynthese Kohlenstoffmoleküle mit Hilfe der Energie des Sonnenlichts aneinander gekettet. NADPH hat die Funktion, Elektronen und einen durch die Energie des Sonnenlichts verdrängten Wasserstoff zu übertragen. Das NADPH nimmt die Elektronen und den Wasserstoff erst auf, wenn spezielle Enzyme diese Teilchen auf das Molekül NADP+ übertragen. In dieser Reaktion wird das NADP+ reduziert, wenn es die Elektronen und den Wasserstoff aufnimmt, wobei es von einem positiven elektrischen Zustand in einen negativeren neutralen Zustand als NADPH-Molekül übergeht. Anschließend wird das NADPH-Molekül von einem anderen Enzym oxidiert. NADPH arbeitet mit einer Vielzahl von Enzymen zusammen und gilt als einer der universellen Elektronenüberträger.

NADH – Ein Analogon von NADPH, dem eine Phosphatgruppe fehlt und das bei katabolen Reaktionen funktioniert.
Elektronenüberträger – Moleküle, die als Zwischenstufen bei der Übertragung von Elektronen in biologischen Pfaden verwendet werden.
Anabole Reaktion – Eine Reaktion, bei der kleine Monomere zum Aufbau großer Polymermoleküle verwendet werden.
Katabole Reaktion – Eine Reaktion, bei der die Energie aus den Bindungen großer Moleküle freigesetzt und in Elektronenträger gespeichert wird.

Quiz

1. Acetyl-CoA ist ein Molekül, das in Prozessen sowohl in den Mitochondrien als auch im Cytosol verwendet wird. Das einzige Problem ist, dass es nicht frei durch die Mitochondrienmembranen wandern kann. Acetyl-CoA kann in viele andere Moleküle umgewandelt werden, von denen einige spezifische Membrantransporter haben. Um Acetyl-CoA in beide Räume zu bekommen, muss es zwischen den Molekülen umgewandelt werden. Welche der folgenden Darstellungen zeigt, wie NADPH bei diesem Prozess helfen kann?
A. NADPH wird sich an die Moleküle anlagern und sie durch die Membran transportieren.
B. NADPH wird verwendet, um die Moleküle zu oxidieren, so dass sie die Doppelmembran passieren können.
C. NADPH wird erzeugt, wenn diese Moleküle oxidiert werden, um die Membran zu durchqueren.

Antwort auf Frage 1

C ist richtig. Reduzieren bedeutet, Elektronen zu gewinnen, während der Prozess der Oxidation den Verlust von Elektronen beinhaltet. Reaktionen wie diese werden typischerweise als Redoxreaktionen bezeichnet, da beide Prozesse ablaufen müssen, allerdings an unterschiedlichen Molekülen. Das NADPH trägt einen Wasserstoff und zwei Elektronen, die es gerne abgibt. NADPH entsteht durch die Reduktion von NAD+ und kann nur entstehen, wenn ein anderes Molekül oxidiert wird. NADPH kann keine weiteren Elektronen aufnehmen, und daher kann Antwort B nicht stattfinden. Denken Sie daran, dass NADPH ein Coenzym ist und in Verbindung mit einem Enzym verwendet werden muss. Es wirkt nicht direkt auf Moleküle, wie in Antwort A.