Nicotinamidadenindinukleotid

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 21. November 2016
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Das Nicotinamidadenindinukleotid stellt ein wichtiges Coenzym im Rahmen des Energiestoffwechsels dar. Es leitet sich von Niacin (Vitamin B3, Nikotinsäureamid) ab. Bei einem Mangel an Vitamin B3 kommt es zu den Symptomen der Pellagra.

Inhaltsverzeichnis

Was ist das Nicotinamidadenindinukleotid?

Nicotinamidadenindinukleotid ist ein Coenzym, welches im Rahmen des Energiestoffwechsels ein Hydridion (H-) überträgt. Es ist in jeder Zelle und besonders in den Mitochondrien vorhanden. Nicotinamidadenindinukleotid oder NAD liegt immer im Gleichgewicht NAD+/NADH vor.

Dabei ist NAD+ die oxidierte und NADH die reduzierte Form. Bei Oxidationsreaktionen wird NAD+ durch Aufnahme eines Protons (H+) und zwei Elektronen (2e-) zu NADH reduziert. Formal handelt es sich dabei um die Übertragung eines Hydridions (H-). NADH ist sehr energiereich und überträgt seine Energie auf ADP unter Bildung von ATP. Während NAD+ meist im Zytosol vorliegt, findet sich NADH hauptsächlich in den Mitochondrien. NAD ist aus zwei Nukleotiden zusammengesetzt.

Ein Nukleotid enthält die Stickstoffbase Adenin, während beim anderen Nukleotid Nikotinsäureamid glykosidisch am Zucker gebunden ist. Als Zucker fungiert Ribose. Die beiden Nukleotide sind über die Phosphatgruppen miteinander verbunden. Der Ringstickstoff am Nikotinsäureamidrest ist in der oxidierten Form positiv geladen. Diese Form (NAD+) ist aufgrund des aromatischen Rings energieärmer als die reduzierte Form (NADH).

Funktion, Wirkung & Aufgaben

Nicotinamidadenindinukleotid bildet das Redoxpaar NAD+/NADH aus. Dabei hängt das Redoxpotenzial vom Verhältnis der beiden Bestandteile ab. Wenn das Verhältnis von NAD+/NADH groß ist, besteht ein hohes Oxidationsvermögen. Je kleiner das Verhältnis ist, desto höher wird das Reduktionsvermögen.

Sowohl Oxidationsreaktionen als auch Reduktionsreaktionen müssen in biologischen Systemen gleichzeitig ablaufen. Das kann ein einzelnes Redoxpaar jedoch nicht gewährleisten. Deshalb finden die einzelnen Reaktionen mit unterschiedlichen Redox-Cofaktoren getrennt statt. Im Zytosol befindet sich hauptsächlich die oxidierte Form, während in den Mitochondrien die reduzierte Form überwiegt. Innerhalb dieses Redoxsystems finden immer wieder Energiezwischenspeicherungen statt. NAD+ nimmt mit dem Hydridion (Proton + 2 Elektronen) gleichzeitig auch Energie zur Zwischenspeicherung auf. Die Energie stammt aus dem Abbau energiereicher Substrate wie Kohlenhydrate oder Fettsäuren im Rahmen der Atmungskette.

Bei der Oxidation und Abgabe von H- wird die Energie auf ADP unter Bildung energiereichen ATPs übertragen. ATP ist der wichtigste Energiespeicher, welcher durch die Abgabe seiner Energie unter Rückbildung von ADP entweder Energie verbrauchende Reaktionen (Aufbau von körpereigenen Stoffen) oder die mechanische Arbeit (Muskelarbeit, Bewegung innerer Organe) beziehungsweise die Wärmebildung des Körpers anregt. Das Nicotinamidadenindinukleotid sorgt durch sein Redoxpotenzial für eine Vielzahl von Redoxreaktionen, die eine geordnete Energiegewinnung innerhalb der Atmungskette ermöglichen. Die Energie wird immer wieder zwischengespeichert und bei Bedarf gezielt abgegeben.

Bildung, Vorkommen & Eigenschaften

Die Biosynthese von NAD+ erfolgt sowohl aus Nikotinsäure beziehungsweise Nikotinsäureamid (Niacin, Vitamin B3) als auch aus der Aminosäure Tryptophan. Beide Stoffe müssen vom Körper aufgenommen werden, weil sie im Rahmen des Stoffwechsels nicht gebildet werden. Tryptophan ist eine essenzielle Aminosäure und Niacin stellt ein Vitamin dar. Wenn diese Wirkstoffe in der Nahrung fehlen, kommt es zu Mangelerscheinungen. Der tägliche Bedarf an Vitamin B3 ist vom Energieumsatz des Körpers abhängig.

Je mehr Energie der Körper braucht, desto mehr Niacin muss zugeführt werden. Besonders Geflügel, Fisch, Milchprodukte, Pilze oder Eier enthalten viel Niacin. Aber auch in Kaffee, Erdnüssen oder Hülsenfrüchten ist Vitamin B3 enthalten. Mangelerscheinungen treten aber selten auf, weil auch die Aminosäure Tryptophan NAD bilden kann. Tryptophan ist auch in den vorgenannten Lebensmitteln in ausreichender Menge vorhanden. Aus beiden Ausgangsstoffen kann Nikotinat-D-Ribonukleotid synthetisiert werden, welches den Ausgangspunkt für die Synthese von NAD+ darstellt.

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Krankheiten & Störungen

Da das Nikotinamidadenindinukleotid eine zentrale Rolle im Energiestoffwechsel spielt, führt sein Mangel zu schwerwiegenden gesundheitlichen Störungen. Neben seiner Funktion als Energiezwischenspeicher beteiligt es sich als Coenzym 1 an mehr als 100 verschiedenen enzymatischen Reaktionen.

Neben seinem Einfluss auf die Energieerzeugung regt es auch die Synthese der Neurotransmitter Dopamin, Adrenalin oder Serotonin an. Dadurch wirkt es anregend bei Stresssituationen, Nervosität, Müdigkeit. Außerdem stärkt es das Immunsystem, die Leberfunktionen, das Nervensystem und wirkt auch als Antioxidans. Durch die Bildung von Neurotransmittern verbessert es die Gehirnfunktionen. Die Gedächtnisleistungen, die Konzentration und das Denkvermögen werden besser. Positive Erfahrungen wurden auch bei Morbus Parkinson gemacht.

In Studien wurde nachgewiesen, dass nach Gabe von NADH eine Besserung der Beschwerden eintrat. Ein Mangel an NAD ist heute zwar selten, kann sich jedoch bei extrem einseitiger Ernährung einstellen. So trat beispielsweise bis zum Beginn des Zwanzigsten Jahrhunderts besonders in Mexiko eine mysteriöse Krankheit auf, die als Pellagra bezeichnet wurde. Mit der Umstellung der Ernährung auf Mais litt ein Großteil der mexikanischen Bevölkerung an Konzentrations- und Schlafstörungen, Appetitlosigkeit, Reizbarkeit, Hautveränderungen mit Dermatitis, Durchfall, Depressionen sowie an Entzündungen der Mund- und Magen-Darm-Schleimhaut. Der Grund war die flächendeckende Maisversorgung.

Im Mais kommt sowohl Niacin als auch Tryptophan nur in geringen Mengen vor. Dadurch war die Bildung von NAD+ gestört. Nach dem Erkennen der Ursache wurde die Ernährung wieder umgestellt. Vereinzelt kommt es bei einer Überdosis von Vitamin B3 zu einem hautgefäßerweiternden Effekt, welcher auch als Flush bezeichnet wird. Es können auch Blutdruckabfall und Schwindelgefühle auftreten. Diese Symptome sind der Ausdruck für eine gesteigerte Energieproduktion durch NAD+. Toxische Wirkungen wurden jedoch auch bei sehr hohen Dosen nicht beobachtet.

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