dinucleótido de nicotinamida y adenina

El dinucleótido de nicotinamida y adenina ( NAD ) es una coenzima fundamental para el metabolismo . ^{[ 1 ]} Presente en todas las células vivas , el NAD se denomina dinucleótido porque consta de dos nucleótidos unidos por sus grupos fosfato . Un nucleótido contiene una nucleobase adenina y el otro, nicotinamida . El NAD existe en dos formas: una oxidada y otra reducida, abreviadas como NAD ⁺ y NADH (H de hidrógeno ), respectivamente.

En el metabolismo celular, el NAD participa en reacciones redox, transportando electrones de una reacción a otra, por lo que se encuentra en dos formas: NAD ⁺ es un agente oxidante que acepta electrones de otras moléculas y se reduce; con H ⁺ , esta reacción forma NADH, que puede usarse como agente reductor para donar electrones. Estas reacciones de transferencia de electrones son la función principal del NAD. También se utiliza en otros procesos celulares, principalmente como sustrato de enzimas en la adición o eliminación de grupos químicos a las proteínas , en modificaciones postraduccionales . Debido a la importancia de estas funciones, las enzimas involucradas en el metabolismo del NAD son objetivos para el descubrimiento de fármacos .

En los organismos, el NAD se puede sintetizar a partir de unidades básicas ( de novo ) como el triptófano o el ácido aspártico , cada uno un aminoácido . Alternativamente, los componentes más complejos de las coenzimas se obtienen de compuestos nutritivos como la vitamina B3 (también llamada niacina o ácido nicotínico , de ahí el nombre "nicotinamida"). Compuestos similares se producen mediante reacciones que descomponen la estructura del NAD, lo que proporciona una vía de recuperación que los recicla a su forma activa correspondiente.

En el nombre NAD ⁺ , el signo más en superíndice indica la carga formal positiva en uno de sus átomos de nitrógeno .

Parte del NAD se convierte en la coenzima nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (NADP), cuya química es en gran medida paralela a la del NAD, aunque su función predominante es la de coenzima en el metabolismo anabólico . El NADP es un agente reductor en reacciones anabólicas como el ciclo de Calvin y la síntesis de lípidos y ácidos nucleicos. El NADP existe en dos formas: NADP+, la forma oxidada, y NADPH, la forma reducida. El NADP es similar al nicotinamida adenina dinucleótido (NAD), pero el NADP tiene un grupo fosfato en la posición C-2′ del adenosilo.

El dinucleótido de nicotinamida y adenina consta de dos nucleósidos unidos por pirofosfato . Cada nucleósido contiene un anillo de ribosa , uno con adenina unida al primer átomo de carbono ( posición 1' ) ( adenosina difosfato ribosa ) y el otro con nicotinamida en esta posición. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

El compuesto acepta o dona el equivalente de H ⁻ . ^{[ 4 ]} Estas reacciones (resumidas en la fórmula a continuación) implican la eliminación de dos átomos de hidrógeno de un reactivo (R), en forma de un ion hidruro (H ⁻ ), y un protón (H ⁺ ). El protón se libera en la solución, mientras que el reductor RH ₂ se oxida y el NAD ⁺ se reduce a NADH por transferencia del hidruro al anillo de nicotinamida.

RH ₂ + NAD ⁺ → NADH + H ⁺ + R;

Del par de electrones del ion hidruro, un electrón es atraído por el átomo ligeramente más electronegativo del anillo de nicotinamida del NAD ⁺ , pasando a formar parte de la unidad de nicotinamida. El átomo de hidrógeno restante se transfiere al átomo de carbono opuesto al átomo de N. El potencial de punto medio del par redox NAD ^{+ /NADH es de −0,32} voltios , lo que convierte al NADH en un agente reductor moderadamente fuerte . ^{[ 5 ]} La reacción es fácilmente reversible, cuando el NADH reduce otra molécula y se reoxida a NAD ⁺ . Esto significa que la coenzima puede ciclar continuamente entre las formas NAD ⁺ y NADH sin consumirse. ^{[ 3 ]} 

En apariencia, todas las formas de esta coenzima son polvos amorfos blancos, higroscópicos y altamente solubles en agua. ^{[ 6 ]} Los sólidos son estables si se almacenan en seco y en la oscuridad. Las soluciones de NAD ⁺ son incoloras y estables durante aproximadamente una semana a 4 °C y pH neutro , pero se descomponen rápidamente en soluciones ácidas o alcalinas. Tras la descomposición, forman productos que son inhibidores enzimáticos . ^{[ 7 ]} 

Tanto el NAD ⁺ como el NADH absorben fuertemente la luz ultravioleta debido a la adenina. Por ejemplo, la absorción máxima del NAD ⁺ se encuentra a una longitud de onda de 259 nanómetros (nm), con un coeficiente de extinción de 16 900 M⁻¹ ^{cm⁻¹ .} El NADH también absorbe a longitudes de onda más altas, con un segundo pico de absorción UV a 339 nm y un coeficiente de extinción de 6 220 M⁻¹ cm⁻¹ ^{. [ 8 ] Esta} diferencia en los espectros de absorción ultravioleta entre las formas oxidadas y reducidas de las coenzimas a longitudes de onda más altas facilita la medición de la conversión de una a otra en ensayos enzimáticos , midiendo la cantidad de absorción UV a 340 nm mediante un espectrofotómetro . ^{[ 8 ]}      

NAD ⁺ y NADH también difieren en su fluorescencia . El NADH que se difunde libremente en solución acuosa, cuando se excita a la absorbancia de la nicotinamida de ~335  nm (casi UV), fluoresce a 445–460  nm (violeta a azul) con una vida media de fluorescencia de 0,4 nanosegundos , mientras que el NAD ⁺ no fluoresce. ^{[ 9 ] [ 10 ]} Las propiedades de la señal de fluorescencia cambian cuando el NADH se une a proteínas , por lo que estos cambios pueden usarse para medir constantes de disociación , que son útiles en el estudio de la cinética enzimática . ^{[ 10 ] [ 11 ]} Estos cambios en la fluorescencia también se usan para medir cambios en el estado redox de células vivas, a través de la microscopía de fluorescencia . ^{[ 12 ]} 

NADH can be converted to NAD+ in a reaction catalysed by copper, which requires hydrogen peroxide. Thus, the supply of NAD+ in cells requires mitochondrial copper(II).^[13][14]

In rat liver, the total amount of NAD⁺ and NADH is approximately 1 μmole per gram of wet weight, about 10 times the concentration of NADP⁺ and NADPH in the same cells.^[15] The actual concentration of NAD⁺ in cell cytosol is harder to measure, with recent estimates in animal cells ranging around 0.3 mM,^[16][17] and approximately 1.0 to 2.0 mM in yeast.^[18] However, more than 80% of NADH fluorescence in mitochondria is from bound form, so the concentration in solution is much lower.^[19]

NAD⁺ concentrations are highest in the mitochondria, constituting 40% to 70% of the total cellular NAD⁺.^[20] NAD⁺ in the cytosol is carried into the mitochondrion by a specific membrane transport protein, since the coenzyme cannot diffuse across membranes.^[21] The intracellular half-life of NAD⁺ was claimed to be between 1–2 hours by one review,^[22] whereas another review gave varying estimates based on compartment: intracellular 1–4 hours, cytoplasmic 2 hours, and mitochondrial 4–6 hours.^[23]

El equilibrio entre las formas oxidadas y reducidas del dinucleótido de nicotinamida y adenina se denomina relación NAD ⁺ /NADH. Esta relación es un componente importante de lo que se denomina estado redox de una célula, una medida que refleja tanto las actividades metabólicas como la salud de las células. ^{[ 24 ]} Los efectos de la relación NAD ⁺ /NADH son complejos, ya que controlan la actividad de varias enzimas clave, incluidas la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa y la piruvato deshidrogenasa . En los tejidos sanos de los mamíferos, las estimaciones de la relación de NAD ⁺ libre a NADH en el citoplasma suelen estar alrededor de 700:1; por lo tanto, la relación es favorable para las reacciones oxidativas. ^{[ 25 ] [ 26 ]} La relación de NAD ⁺ /NADH total es mucho menor, con estimaciones que van de 3 a 10 en los mamíferos. ^{[ 27 ]} En cambio, la relación NADP ⁺ /NADPH es normalmente de alrededor de 0,005, por lo que el NADPH es la forma dominante de esta coenzima. ^{[ 28 ]} Estas diferentes proporciones son clave para las diferentes funciones metabólicas del NADH y el NADPH.

El NAD ⁺ se sintetiza a través de dos vías metabólicas. Se produce mediante una vía de novo a partir de aminoácidos o mediante vías de recuperación, reciclando componentes preformados como la nicotinamida para convertirlos de nuevo en NAD ⁺ . Aunque la mayoría de los tejidos de los mamíferos sintetizan NAD ⁺ mediante la vía de recuperación, en el hígado se produce mucha más síntesis de novo a partir de triptófano, y en el riñón y los macrófagos a partir de ácido nicotínico . ^{[ 29 ]}

Producción de novo

La mayoría de los organismos sintetizan NAD ⁺ a partir de componentes simples. ^{[ 4 ]} El conjunto específico de reacciones difiere entre los organismos, pero una característica común es la generación de ácido quinolínico (QA) a partir de un aminoácido : triptófano ( Trp ) en animales y algunas bacterias, o ácido aspártico (Asp) en algunas bacterias y plantas. ^{[ 30 ] [ 31 ]} El ácido quinolínico se convierte en mononucleótido de ácido nicotínico (NaMN) mediante la transferencia de una fracción de fosforribosa. Luego se transfiere una fracción de adenilato para formar dinucleótido de adenina y ácido nicotínico (NaAD). Finalmente, la fracción de ácido nicotínico en NaAD se amida a una fracción de nicotinamida (Nam), formando dinucleótido de adenina y nicotinamida. ^{[ 4 ]} 

En un paso posterior, parte del NAD ⁺ se convierte en NADP ⁺ por acción de la NAD ⁺ quinasa , que fosforila el NAD ⁺ . ^{[ 32 ]} En la mayoría de los organismos, esta enzima utiliza el trifosfato de adenosina (ATP) como fuente del grupo fosfato, aunque varias bacterias, como Mycobacterium tuberculosis y la arquea hipertermófila Pyrococcus horikoshii , utilizan polifosfato inorgánico como donador alternativo de fosfato. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

El dinucleótido de nicotinamida y adenina tiene varias funciones esenciales en el metabolismo . Actúa como coenzima en reacciones redox , como donador de fragmentos de ADP-ribosa en reacciones de ADP-ribosilación , como precursor de la molécula de segundo mensajero ADP-ribosa cíclica , además de actuar como sustrato para las ADN ligasas bacterianas y un grupo de enzimas llamadas sirtuinas que utilizan NAD ⁺ para eliminar grupos acetilo de las proteínas. Además de estas funciones metabólicas, el NAD ⁺ emerge como un nucleótido de adenina que puede liberarse de las células de forma espontánea y mediante mecanismos regulados, ^{[ 46 ] [ 47 ]} y, por lo tanto, puede tener importantes funciones extracelulares . ^{[ 47 ]}

Unión de la oxidorreductasa al NAD

La función principal del NAD ⁺ en el metabolismo es la transferencia de electrones de una molécula a otra. Las reacciones de este tipo son catalizadas por un gran grupo de enzimas llamadas oxidorreductasas . Los nombres correctos de estas enzimas contienen los nombres de sus dos sustratos: por ejemplo, la NADH-ubiquinona oxidorreductasa cataliza la oxidación del NADH por la coenzima Q. [ ^{48 ] Sin} embargo, estas enzimas también se denominan deshidrogenasas o reductasas , y la NADH-ubiquinona oxidorreductasa se suele llamar NADH deshidrogenasa o, a veces, coenzima Q reductasa . ^{[ 49 ]}

Existen muchas superfamilias diferentes de enzimas que se unen a NAD ⁺ /NADH. Una de las superfamilias más comunes incluye un motivo estructural conocido como pliegue de Rossmann . ^{[ 50 ] [ 51 ]} El motivo recibe su nombre de Michael Rossmann , quien fue el primer científico en notar la frecuencia de esta estructura en las proteínas de unión a nucleótidos. ^{[ 52 ]}

Un ejemplo de una enzima bacteriana que se une al NAD y participa en el metabolismo de los aminoácidos, pero que no posee el pliegue de Rossmann, se encuentra en Pseudomonas syringae pv. tomato ( PDB : 2CWH ;InterPro : IPR003767 ). ^{[ 53 ]} 

Cuando se une al sitio activo de una oxidorreductasa, el anillo de nicotinamida de la coenzima se posiciona de manera que pueda aceptar un hidruro del otro sustrato. Dependiendo de la enzima, el donador de hidruro se posiciona "por encima" o "por debajo" del plano del carbono C4 planar, como se define en la figura. Las oxidorreductasas de clase A transfieren el átomo desde arriba; las enzimas de clase B lo transfieren desde abajo. Dado que el carbono C4 que acepta el hidrógeno es proquiral , esto puede aprovecharse en la cinética enzimática para obtener información sobre el mecanismo de la enzima. Esto se logra mezclando una enzima con un sustrato que tiene átomos de deuterio sustituidos por hidrógenos, de modo que la enzima reduzca el NAD ⁺ transfiriendo deuterio en lugar de hidrógeno. En este caso, una enzima puede producir uno de dos estereoisómeros de NADH. ^{[ 54 ]}

A pesar de la similitud en la forma en que las proteínas se unen a las dos coenzimas, las enzimas casi siempre muestran un alto nivel de especificidad para NAD ⁺ o NADP ⁺ . ^{[ 55 ]} Esta especificidad refleja las distintas funciones metabólicas de las respectivas coenzimas y es el resultado de conjuntos distintos de residuos de aminoácidos en los dos tipos de sitios de unión de coenzimas. Por ejemplo, en el sitio activo de las enzimas dependientes de NADP, se forma un enlace iónico entre una cadena lateral de aminoácido básico y el grupo fosfato ácido de NADP ⁺ . Por el contrario, en las enzimas dependientes de NAD, la carga en este sitio se invierte, impidiendo la unión de NADP ⁺ . Sin embargo, existen algunas excepciones a esta regla general, y enzimas como la aldosa reductasa , la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa y la metilentetrahidrofolato reductasa pueden utilizar ambas coenzimas en algunas especies. ^{[ 56 ]}

Función en el metabolismo redox

Las reacciones redox catalizadas por oxidorreductasas son vitales en todas las partes del metabolismo, pero un área particularmente importante donde ocurren estas reacciones es en la liberación de energía de los nutrientes. Aquí, los compuestos reducidos como la glucosa y los ácidos grasos se oxidan, liberando así energía. Esta energía se transfiere al NAD ⁺ mediante la reducción a NADH, como parte de la beta-oxidación , la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico . En eucariotas, los electrones transportados por el NADH que se produce en el citoplasma se transfieren a la mitocondria (para reducir el NAD ⁺ mitocondrial ) mediante lanzaderas mitocondriales , como la lanzadera malato-aspartato . ^{[ 57 ]} El NADH mitocondrial se oxida a su vez por la cadena de transporte de electrones , que bombea protones a través de una membrana y genera ATP mediante fosforilación oxidativa . ^{[ 58 ]} Estos sistemas de lanzadera también tienen la misma función de transporte en los cloroplastos . ^{[ 59 ]}

Dado que tanto la forma oxidada como la reducida del dinucleótido de nicotinamida y adenina se utilizan en estas series de reacciones interconectadas, la célula mantiene concentraciones significativas de NAD ⁺ y NADH, y la alta relación NAD ⁺ /NADH permite que esta coenzima actúe como agente oxidante y reductor. ^{[ 60 ]} En contraste, la función principal del NADPH es como agente reductor en el anabolismo , y esta coenzima participa en vías como la síntesis de ácidos grasos y la fotosíntesis . Dado que el NADPH es necesario para impulsar las reacciones redox como un potente agente reductor, la relación NADP ⁺ /NADPH se mantiene muy baja. ^{[ 60 ]}

Aunque es importante en el catabolismo, el NADH también se utiliza en reacciones anabólicas, como la gluconeogénesis . ^{[ 61 ]} Esta necesidad de NADH en el anabolismo plantea un problema para los procariotas que crecen en nutrientes que liberan solo una pequeña cantidad de energía. Por ejemplo, las bacterias nitrificantes como Nitrobacter oxidan el nitrito a nitrato, lo que libera suficiente energía para bombear protones y generar ATP, pero no la suficiente para producir NADH directamente. ^{[ 62 ]} Como el NADH todavía se necesita para las reacciones anabólicas, estas bacterias utilizan una nitrito oxidorreductasa para producir suficiente fuerza protón-motriz para hacer funcionar parte de la cadena de transporte de electrones en sentido inverso, generando NADH. ^{[ 63 ]}

Funciones no redox

La coenzima NAD ⁺ también se consume en reacciones de transferencia de ADP-ribosa. Por ejemplo, las enzimas llamadas ADP-ribosiltransferasas agregan la porción de ADP-ribosa de esta molécula a las proteínas, en una modificación postraduccional llamada ADP-ribosilación . ^{[ 64 ]} La ADP-ribosilación implica la adición de una sola porción de ADP-ribosa, en mono-ADP-ribosilación , o la transferencia de ADP-ribosa a proteínas en largas cadenas ramificadas, lo que se llama poli(ADP-ribosilación) . ^{[ 65 ]} La mono-ADP-ribosilación se identificó por primera vez como el mecanismo de un grupo de toxinas bacterianas , en particular la toxina del cólera , pero también está involucrada en la señalización celular normal . ^{[ 66 ] [ 67 ]} La poli(ADP-ribosilación) es llevada a cabo por las poli(ADP-ribosa) polimerasas . ^{[ 65 ] [ 68 ]} La estructura de poli(ADP-ribosa) está involucrada en la regulación de varios eventos celulares y es más importante en el núcleo celular , en procesos como la reparación del ADN y el mantenimiento de los telómeros . ^{[ 68 ]} Además de estas funciones dentro de la célula, recientemente se ha descubierto un grupo de ADP-ribosiltransferasas extracelulares , pero sus funciones siguen siendo desconocidas. ^{[ 69 ]} El NAD ⁺ también puede agregarse al ARN celular como una modificación 5'-terminal. ^{[ 70 ]}

Otra función de esta coenzima en la señalización celular es como precursora de la ADP-ribosa cíclica , que se produce a partir de NAD ⁺ por las ADP-ribosil ciclasas, como parte de un sistema de segundos mensajeros . ^{[ 71 ]} Esta molécula actúa en la señalización de calcio liberando calcio de los depósitos intracelulares. ^{[ 72 ]} Lo hace uniéndose y abriendo una clase de canales de calcio llamados receptores de rianodina , que se encuentran en las membranas de orgánulos , como el retículo endoplasmático , e induciendo la activación del factor de transcripción NAFC3. ^{[ 73 ]}

El NAD ⁺ también es consumido por diferentes enzimas que lo consumen, como CD38 , CD157 , PARP y las desacetilasas dependientes de NAD ( sirtuinas , como Sir2 . ^{[ 74 ]} ). ^{[ 75 ]} Estas enzimas actúan transfiriendo un grupo acetilo de su proteína sustrato a la porción ADP-ribosa del NAD ⁺ ; esto escinde la coenzima y libera nicotinamida y O-acetil-ADP-ribosa. Las sirtuinas parecen estar principalmente involucradas en la regulación de la transcripción a través de la desacetilación de histonas y la alteración de la estructura del nucleosoma . ^{[ 76 ]} Sin embargo, las proteínas no histonas también pueden ser desacetiladas por las sirtuinas. Estas actividades de las sirtuinas son particularmente interesantes debido a su importancia en la regulación del envejecimiento . ^{[ 77 ] [ 78 ]}

Otras enzimas dependientes de NAD incluyen las ADN ligasas bacterianas , que unen dos extremos de ADN utilizando NAD ⁺ como sustrato para donar una fracción de adenosina monofosfato (AMP) al fosfato 5' de un extremo del ADN. Este intermediario es atacado posteriormente por el grupo hidroxilo 3' del otro extremo del ADN, formando un nuevo enlace fosfodiéster . ^{[ 79 ]} Esto contrasta con las ADN ligasas eucariotas , que utilizan ATP para formar el intermediario ADN-AMP. ^{[ 80 ]}

Li et al. han descubierto que el NAD ⁺ regula directamente las interacciones proteína-proteína. ^{[ 81 ]} También muestran que una de las causas del declive relacionado con la edad en la reparación del ADN puede ser el aumento de la unión de la proteína DBC1 (Deleted in Breast Cancer 1) a PARP1 (poli[ADP–ribosa] polimerasa 1) a medida que los niveles de NAD ⁺ disminuyen durante el envejecimiento. ^{[ 81 ]} La disminución en las concentraciones celulares de NAD ⁺ durante el envejecimiento probablemente contribuye al proceso de envejecimiento y a la patogénesis de las enfermedades crónicas del envejecimiento. ^{[ 82 ]} Sin embargo, la evidencia de la disminución de NAD ⁺ asociada a la edad en humanos sigue siendo inconsistente y puede depender del tejido o compartimento biológico examinado, con estudios recientes que informan niveles estables de NAD ^{+ en sangre total a lo largo de la edad y las intervenciones en el estilo de vida. [ 83 ]} Por lo tanto, la modulación del metabolismo del NAD ⁺ se ha investigado en el contexto del cáncer, la respuesta a la radiación y el envejecimiento. ^{[ 81 ]}

Las enzimas que producen y utilizan NAD ⁺ y NADH son importantes tanto en farmacología como en la investigación de futuros tratamientos para enfermedades. ^{[ 92 ]} El diseño y desarrollo de fármacos aprovecha el NAD ⁺ de tres maneras: como diana directa de los fármacos, mediante el diseño de inhibidores o activadores enzimáticos basados ​​en su estructura que modifican la actividad de las enzimas dependientes de NAD, y mediante el intento de inhibir la biosíntesis de NAD ⁺ . ^{[ 93 ]}

Debido a que las células cancerosas utilizan una mayor glucólisis , y debido a que el NAD potencia la glucólisis, la nicotinamida fosforribosiltransferasa (vía de recuperación de NAD) suele estar amplificada en las células cancerosas. ^{[ 94 ] [ 95 ]}

Se ha estudiado su potencial uso en la terapia de enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson , así como la esclerosis múltiple . ^{[ 4 ] [ 78 ] [ 96 ] [ 75 ]} Un ensayo clínico controlado con placebo de NADH (que excluyó los precursores de NADH) en personas con Parkinson no mostró ningún efecto. ^{[ 97 ]}

El NAD ^{+ también es un} objetivo directo del fármaco isoniazida , que se utiliza en el tratamiento de la tuberculosis , una infección causada por Mycobacterium tuberculosis . La isoniazida es un profármaco y, una vez que ha entrado en la bacteria, es activada por una enzima peroxidasa , que oxida el compuesto a una forma de radical libre . ^{[ 98 ]} Este radical reacciona entonces con el NADH, para producir aductos que son inhibidores muy potentes de las enzimas enoil-acil proteína reductasa [ ^{99 ] y} dihidrofolato reductasa . ^{[ 100 ]}

Dado que muchas oxidorreductasas utilizan NAD ⁺ y NADH como sustratos y se unen a ellos mediante un motivo estructural altamente conservado, la idea de que los inhibidores basados ​​en NAD ⁺ puedan ser específicos para una enzima es sorprendente. ^{[ 101 ]} Sin embargo, esto puede ser posible: por ejemplo, los inhibidores basados ​​en los compuestos ácido micofenólico y tiazofurina inhiben la IMP deshidrogenasa en el sitio de unión de NAD ⁺ . Debido a la importancia de esta enzima en el metabolismo de las purinas , estos compuestos pueden ser útiles como fármacos anticancerígenos, antivirales o inmunosupresores . ^{[ 101 ] [ 102 ]} Otros fármacos no son inhibidores enzimáticos, sino que activan enzimas implicadas en el metabolismo de NAD ⁺ . Las sirtuinas son un objetivo particularmente interesante para estos fármacos, ya que la activación de estas desacetilasas dependientes de NAD prolonga la vida útil en algunos modelos animales. ^{[ 103 ]} Compuestos como el resveratrol aumentan la actividad de estas enzimas, lo que puede ser importante en su capacidad para retrasar el envejecimiento tanto en vertebrados, ^{[ 104 ]} como en organismos modelo invertebrados . ^{[ 105 ] [ 106 ]} En un experimento, los ratones a los que se les administró NAD durante una semana mostraron una mejor comunicación nucleo-mitocondrial. ^{[ 107 ]}

Debido a las diferencias en las vías metabólicas de la biosíntesis de NAD ⁺ entre organismos, como entre bacterias y humanos, esta área del metabolismo es prometedora para el desarrollo de nuevos antibióticos . ^{[ 108 ] [ 109 ]} Por ejemplo, la enzima nicotinamidasa , que convierte la nicotinamida en ácido nicotínico, es un objetivo para el diseño de fármacos porque esta enzima está ausente en humanos pero presente en levaduras y bacterias. ^{[ 41 ]}

En bacteriología, el NAD, a veces denominado factor V, se utiliza como suplemento en los medios de cultivo para algunas bacterias exigentes . ^{[ 110 ]}

En el Reino Unido, se ha afirmado que las infusiones de NAD+ de alto costo y sin licencia son un tratamiento "clínicamente probado" y "eficaz" para el alcoholismo y la drogadicción . El NAD+ no está aprobado ni autorizado para uso médico en el Reino Unido; probablemente se infrinjan las normas de publicidad y medicamentos, y no hay pruebas de que los tratamientos funcionen. Los expertos médicos afirman: "Es un completo disparate"... "No ha sido probado ni demostrado. No sabemos nada sobre su eficacia ni su seguridad a largo plazo". Un estudio de noviembre de 2024, citado 700 veces, que afirmaba que los niveles de NAD+ en ratas de laboratorio disminuían con la edad, fue retirado tras descubrirse que las imágenes habían sido manipuladas y que los datos subyacentes no se proporcionaron a los editores cuando se les solicitó. ^{[ 111 ]}

La coenzima NAD ⁺ fue descubierta por primera vez por los bioquímicos británicos Arthur Harden y William John Young en 1906. ^{[ 112 ]} Observaron que la adición de extracto de levadura hervido y filtrado aceleraba considerablemente la fermentación alcohólica en extractos de levadura sin hervir. Llamaron cofermento al factor no identificado responsable de este efecto . Mediante una larga y difícil purificación a partir de extractos de levadura, este factor termoestable fue identificado como un nucleótido azúcar fosfato por Hans von Euler-Chelpin . ^{[ 113 ]} En 1936, el científico alemán Otto Heinrich Warburg demostró la función de la coenzima nucleótido en la transferencia de hidruro e identificó la porción de nicotinamida como el sitio de las reacciones redox. ^{[ 114 ]}

Los precursores vitamínicos del NAD ⁺ se identificaron por primera vez en 1938, cuando Conrad Elvehjem demostró que el hígado tiene una actividad "anti-lengua negra" en forma de nicotinamida. ^{[ 115 ]} Luego, en 1939, proporcionó la primera evidencia sólida de que el ácido nicotínico se utiliza para sintetizar NAD ⁺ . ^{[ 116 ]} A principios de la década de 1940, Arthur Kornberg fue el primero en detectar una enzima en la vía biosintética. ^{[ 117 ]} En 1949, los bioquímicos estadounidenses Morris Friedkin y Albert L. Lehninger demostraron que el NADH vinculaba vías metabólicas como el ciclo del ácido cítrico con la síntesis de ATP en la fosforilación oxidativa. ^{[ 118 ]} En 1958, Jack Preiss y Philip Handler descubrieron los intermediarios y las enzimas involucradas en la biosíntesis de NAD ⁺ ; ^{[ 119 ] [ 120 ]} La síntesis de rescate a partir del ácido nicotínico se denomina vía de Preiss-Handler. En 2004, Charles Brenner y colaboradores descubrieron la vía de la nicotinamida ribósido quinasa hacia el NAD ⁺ . ^{[ 121 ]}

Las funciones no redox del NAD(P) se descubrieron más tarde. ^{[ 3 ]} La primera en identificarse fue el uso de NAD ⁺ como donador de ADP-ribosa en reacciones de ADP-ribosilación, observado a principios de la década de 1960. ^{[ 122 ]} Estudios de las décadas de 1980 y 1990 revelaron las actividades de los metabolitos de NAD ⁺ y NADP ⁺ en la señalización celular  , como la acción de la ADP-ribosa cíclica , que se descubrió en 1987. ^{[ 123 ]}

El metabolismo del NAD ⁺ siguió siendo un área de intensa investigación en el siglo XXI, con un interés aumentado después del descubrimiento de las desacetilasas de proteínas dependientes de NAD ⁺ llamadas sirtuinas en 2000, por Shin-ichiro Imai y colaboradores en el laboratorio de Leonard P. Guarente . ^{[ 124 ]} En 2009 Imai propuso la hipótesis del "Mundo NAD" que los reguladores clave del envejecimiento y la longevidad en mamíferos son la sirtuina  1 y la enzima principal sintetizadora de NAD ⁺ nicotinamida fosforribosiltransferasa (NAMPT). ^{[ 125 ]} En 2016 Imai amplió su hipótesis a "Mundo NAD 2.0", que postula que la NAMPT extracelular del tejido adiposo mantiene el NAD ⁺ en el hipotálamo (el centro de control) junto con las mioquinas de las células del músculo esquelético . ^{[ 126 ]} En 2018, se formó Napa Therapeutics para desarrollar fármacos contra una nueva diana relacionada con el envejecimiento basada en la investigación sobre el metabolismo del NAD realizada en el laboratorio de Eric Verdin . ^{[ 127 ]}

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