ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸 nicotinamide adenine dinucleotide phosphate

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出典(authority):フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』「2015/08/01 11:30:54」(JST)

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ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリンさん、nicotinamide adenine dinucleotide phosphate）とは、光合成経路あるいは解糖系のエントナー-ドウドロフ経路などで用いられている電子伝達体である。化学式：C₂₁H₂₁N₇O₁₇P₃、分子量：744.4。ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドと構造上良く似ており、脱水素酵素の補酵素として一般的に機能している。略号であるNADP⁺（あるいはNADP）として一般的には良く知られている。酸化型 (NADP⁺) および還元型 (NADPH) の2つの状態を有し、二電子還元を受けるが中間型（一電子還元型）は存在しない。

かつては、トリホスホピリジンヌクレオチド (TPN)、補酵素III、コデヒドロゲナーゼIII、コエンザイムIIIなどと呼称されていたが、現在はNADP⁺に統一されている。別名、ニコチン酸アミドジヌクレオチドリン酸など。

NADP⁺の構造や諸特性

NADP⁺の構造は基本的にはNAD⁺とほとんど同じであり、ニコチンアミドヌクレオチドおよびアデノシンからなるが、アデノシンのヌクレオチドの2'位にはヒドロキシル基ではなくリン酸基が付属している。また還元様式もNAD⁺の場合と全く同じである。

ヌクレオチドを含むために、波長260nmの紫外線に吸収極大を示し、NADPHのみ340nmの紫外線も良く吸収する。酵素活性測定法はNAD⁺の場合と全く同じで、基質として扱うNADP⁺のみが異なる。なお、NADP⁺依存性脱水素酵素はNAD⁺には全く活性を示さず、この場合は別のEC番号が与えられている。

NADP⁺
NADPH

NADP⁺およびNADPHの生理学的意義

NADP⁺およびNADPHはNAD⁺と同様、生体内の電子伝達に寄与しているが、中でも有名なのが光合成の電子伝達物質としての役割である。また、解糖系のエントナー-ドウドロフ経路や脂肪酸やステロイドの生合成系にも機能している。還元物質NADPHを生産する系は以下の通りである。

光合成、光化学系複合体I

Fd_red + NADP⁺ → Fd_ox + NADPH

光化学系複合体Iによって生じる還元型フェレドキシンから、フェレドキシン-NADP⁺レダクターゼ (FNR) によってNADP⁺への電子伝達が行われ、還元物質NADPHが生じる。この反応は電子非循環的光合成のみで発生し、電子循環的光合成の場合は、フェレドキシンからプラストキノンへ電子伝達が行われる。酸素非発生型すなわち光合成細菌型の光合成ではNADP⁺は使用されず、NAD⁺が用いられている。

エントナー-ドウドロフ経路

グルコース-6-リン酸 + NADP⁺ → 6-ホスホグルコン酸 + NADPH

エントナー-ドウドロフ経路とエムデン-マイヤーホフ経路の共通経路においてはNAD⁺が使用される。また古細菌特有の非リン酸化エムデン-マイヤーホフ経路においては、NADP⁺が使用されることもあるが、NAD⁺の場合もあり、どちらともいえない。ただし、以下の反応にはNADP⁺が使用される。

グリセルアルデヒド + NADP⁺ → グリセリン酸 + NADPH

またメタン菌の酸化型不完全クエン酸回路においてもNADP⁺が使用される。

イソクエン酸 + NADP⁺ → 2-オキソグルタル酸 + NADPH + CO₂

NADPHの酸化経路には、光合成の暗反応すなわちカルビン-ベンソン回路がある。

1,3-ビスホスホグリセリン酸 + NADPH → グリセルアルデヒド3リン酸 + NADP⁺ + Pi

以上の反応はグリセルアルデヒド3リン酸脱水素酵素によって触媒される。他にも脂肪酸生合成系で酸化を受ける。

アセトアセチルACP + NADPH → βヒドロキシブチリルACP + NADP⁺
クロトニルACP + NADPH → ブチリルACP + NADP⁺

そのほか、C₄型光合成やCAM型光合成でも別の経路で使用されている。おもに植物で使用されていると考えられており、動物における生理学的役割はNAD⁺とは異なっていると考えられている。

グルタチオンによる酸化還元

詳細はグルタチオンを参照。

酸化型グルタチオン(GSSG) + 還元型(NADPH) → 還元型グルタチオン(GSG) + 酸化型(NADP⁺)

NADP⁺の合成

NADP⁺の基本骨格はNAD⁺と同じであるために、NAD⁺の項を参照。そしてNAD⁺のヌクレオチドの2'へのリン酸基の付加は以下の反応にて行なわれる。

NAD⁺ + ATP → NADP⁺ + ADP

NADPHの合成

ペントースリン酸回路
リンゴ酸デヒドロゲナーゼ (オキサロ酢酸脱炭酸) (NADP+)による反応
NADP⁺依存型イソクエン酸デヒドロゲナーゼによる反応

外部リンク

Pentose Phosphate Pathway (英語)

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Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, abbreviated NADP⁺ or, in older notation, TPN (triphosphopyridine nucleotide), is a cofactor used in anabolic reactions, such as lipid and nucleic acid synthesis, which require NADPH as a reducing agent.

NADPH is the reduced form of NADP⁺. NADP⁺ differs from NAD⁺ in the presence of an additional phosphate group on the 2' position of the ribose ring that carries the adenine moiety.

In plants

In photosynthetic organisms, NADPH is produced by ferredoxin-NADP⁺ reductase in the last step of the electron chain of the light reactions of photosynthesis. It is used as reducing power for the biosynthetic reactions in the Calvin cycle to assimilate carbon dioxide. It is used to help turn the carbon dioxide into glucose. It is also needed in the reduction of nitrate into ammonia for plant assimilation in nitrogen cycle.

In animals

The major source of NADPH in animals and other non-photosynthetic organisms is the pentose phosphate pathway.

However, there are several other lesser-known mechanisms of generating NADPH, all of which depend on the presence of mitochondria. The key enzymes in these processes are: NADP-linked malic enzyme, NADP-linked isocitrate dehydrogenase, NADP-linked glutamate dehydrogenase and nicotinamide nucleotide transhydrogenase.^[1] The isocitrate dehydrogenase mechanism appears to be the major source of NADPH in fat and possibly also liver cells.^[2] Also, in mitochondria, NADH kinase produces NADPH and ADP, using NADH and ATP as substrate.

Function

NADPH provides the reducing equivalents for biosynthetic reactions and the oxidation-reduction involved in protecting against the toxicity of ROS (reactive oxygen species), allowing the regeneration of GSH (reduced glutathione).^[3] NADPH is also used for anabolic pathways, such as lipid synthesis, cholesterol synthesis, and fatty acid chain elongation.

The NADPH system is also responsible for generating free radicals in immune cells. These radicals are used to destroy pathogens in a process termed the respiratory burst.^[4] It is the source of reducing equivalents for cytochrome P450 hydroxylation of aromatic compounds, steroids, alcohols, and drugs.

Ball-and-stick models of NADP+ and NADPH

NADP+

NADPH

References

^ Hanukoglu I, Rapoport R (Feb–May 1995). "Routes and regulation of NADPH production in steroidogenic mitochondria". Endocrine Research 21 (1-2): 231–41. doi:10.3109/07435809509030439. PMID 7588385.
^ Palmer, Michael. "10.4.3 Supply of NADPH for fatty acid synthesis". Metabolism Course Notes. Retrieved 6 April 2012.
^ Rush, Glenn F.; Gorski, Joel R.; Ripple, Mary G.; Sowinski, Janice; Bugelski, Peter; Hewitt, William R. "Organic hydroperoxide-induced lipid peroxidation and cell death in isolated hepatocytes". Toxicology and Applied Pharmacology 78 (3): 473–483. doi:10.1016/0041-008X(85)90255-8. PMID 4049396.
^ Ogawa K, Suzuki K, Okutsu M, Yamazaki K, Shinkai S (2008). "The association of elevated reactive oxygen species levels from neutrophils with low-grade inflammation in the elderly". Immunity & Ageing 5: 13. doi:10.1186/1742-4933-5-13. PMC 2582223. PMID 18950479.

UpToDate Contents

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1. グルコース-6-リン酸脱水素酵素欠損症の遺伝学および病態生理 genetics and pathophysiology of glucose 6 phosphate dehydrogenase deficiency
2. グルコース-6-リン酸脱水素酵素欠損症の臨床症状 clinical manifestations of glucose 6 phosphate dehydrogenase deficiency
3. 水溶性ビタミンの概要 overview of water soluble vitamins
4. グルコース-6-リン酸脱水素酵素欠損症の診断および治療 diagnosis and treatment of glucose 6 phosphate dehydrogenase deficiency
5. ヘキソースリン酸側路およびグルタチオン代謝疾患（グルコース-6-リン酸脱水素酵素欠損症を除く） disorders of the hexose monophosphate shunt and glutathione metabolism other than glucose 6 phosphate dehydrogenase deficiency

English Journal

Biochemical and Biophysical Methods to Examine the Effects of Site-Directed Mutagenesis on Enzymatic Activities and Interprotein Interactions.

Kinoshita M1, Kim JY1, Lin Y1, Markova N1, Hase T1, Lee YH2.
Methods in molecular biology (Clifton, N.J.).Methods Mol Biol.2017;1498:439-460.
Mutations in proteins often affect interactions with partner molecules, sequentially changing their activities and functions. In order to examine mutagenic effects, we herein describe practical and detailed protocols for enzymatic activity assays using ferredoxin (Fd)-NADP+ reductase (FNR) and sulfi
PMID 27709594

Establishment of an effective TLC bioautographic method for the detection of Mycobacterium tuberculosis H37Ra phosphoglucose isomerase inhibition by phosphoenolpyruvate.

Paradowska K1, Polak B2, Chomicki A2, Ginalska G1.
Journal of enzyme inhibition and medicinal chemistry.J Enzyme Inhib Med Chem.2016 Dec;31(6):1712-7. doi: 10.3109/14756366.2016.1151012. Epub 2016 Mar 17.
A bioautographic assay based on thin layer chromatography was developed for phosphoenolpyruvate (PEP) detecting as a known but rarely studied inhibitor of phosphoglucose isomerase (PGI). The protocol with NADP(+)/NBT/PMS (β-nicotinamide adenine dinucleotide phosphate/nitrotetrazolium blue chloride/
PMID 26986942

Thylakoid membrane model of the Chl a fluorescence transient and P700 induction kinetics in plant leaves.

Belyaeva NE1, Bulychev AA2, Riznichenko GY2, Rubin AB2.
Photosynthesis research.Photosynth Res.2016 Dec;130(1-3):491-515. Epub 2016 Jul 1.
A new Thylakoid model is presented, which describes in detail the electron/proton transfer reactions between membrane protein complexes including photosystems II and I (PSII, PSI), cytochrome (Cyt) b 6 f, mobile plastoquinone PQ pool in the thylakoid membrane, plastocyanin in lumen and ferredoxin in
PMID 27368165

Japanese Journal

Role of the C-terminal extension stacked on the re-face of the isoalloxazine ring moiety of the flavin adenine dinucleotide prosthetic group in ferredoxin-NADP+ oxidoreductase from Bacillus subtilis

Seo Daisuke,Asano Tomoya,Komori Hirofumi,Sakurai Takeshi
Plant Physiology and Biochemistry 81, 143-148, 2014-08
… Ferredoxin-NADP+ oxidoreductase [EC 1.18.1.2] from Bacillus subtilis (BsFNR) is homologous to the bacterial NADPH-thioredoxin reductase, but possesses a unique C-terminal extension that covers the re-face of the isoalloxazine ring moiety of the flavin adenine dinucleotide (FAD) prosthetic group. …
NAID 120005411656

Characterization of a thermostable 2,4-diaminopentanoate dehydrogenase from Fervidobacterium nodosum Rt17-B1.

Fukuyama Sadanobu,Mihara Hisaaki,Miyake Ryoma,Ueda Makoto,Esaki Nobuyoshi,Kurihara Tatsuo
Journal of bioscience and bioengineering 117(5), 551-556, 2014-05
… 2,4-Diaminopentanoate dehydrogenase (2,4-DAPDH), which is involved in the oxidative ornithine degradation pathway, catalyzes the NAD(+)- or NADP(+)-dependent oxidative deamination of (2R,4S)-2,4-diaminopentanoate (2,4-DAP) to form 2-amino-4-oxopentanoate. … The purified protein catalyzed the reduction of NAD(+) and NADP(+) in the presence of 2,4-DAP, indicating that the protein is a 2,4-DAPDH. …
NAID 120005466632

Characterization of a thermostable 2,4-diaminopentanoate dehydrogenase from Fervidobacterium nodosum Rt17-B1(ENZYMOLOGY, PROTEIN ENGINEERING, AND ENZYME TECHNOLOGY)

Fukuyama Sadanobu,Mihara Hisaaki,Miyake Ryoma,Ueda Makoto,Esaki Nobuyoshi,Kurihara Tatsuo
Journal of bioscience and bioengineering 117(5), 551-556, 2014-05
… 2,4-Diaminopentanoate dehydrogenase (2,4-DAPDH), which is involved in the oxidative ornithine degradation pathway, catalyzes the NAD^+- or NADP^+-dependent oxidative deamination of (2R,4S)-2,4-diaminopentanoate (2,4-DAP) to form 2-amino-4-oxopentanoate. … The purified protein catalyzed the reduction of NAD^+ and NADP^+ in the presence of 2,4-DAP, indicating that the protein is a 2,4-DAPDH. …
NAID 110009823129

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関連記事	「NA」「NAD」

「ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド」

Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate
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	Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸
識別情報
CAS登録番号	53-59-8
PubChem	929
MeSH	NADP
特性
化学式	C21H29N7O17P3
モル質量	744.413
	特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

　　[★]

英: nicotinamide adenine dinucleotide, NAD, NAD+
関: ビタミン、ビタミンB3、ナイアシン、ニコチン酸、ニコチンアミド、NADP

機能

補酵素

酸化還元酵素の補酵素　プロトンのキャリアー(あるいは電子受容体)と考えることができる。

NAD⁺ + H⁺ + 2e^- →　NADH

NAD⁺ + AH₂ →　NADH + H⁺ + A

TCA回路や脂肪酸のβ酸化で用いられる。
ニコチンアミドに由来するピリジン環でプロトンを受容する。

基質

NAD and NADP are active in adenine diphosphate–ribose transfer reactions involved in DNA repair and calcium mobilization(HIM.443)

DNAリガーゼ
ADPリボシル反応

生合成

肝臓

1. トリプトファン　→　キノリン酸　→
2. ニコチン酸、ニコチンアミド　→

NADとNADHの比

組織が十分に酸素を得ているとき：↑NAD/NADH　　←　生成された還元力が酸化的リン酸化によるATPの産生に十分使われている状態
梗塞や運動時：↓NAD/NADH

NADHとNADPHの比

NADH：異化：各種の基質の還元剤　→　基質を脱水素しエネルギーを得る
NADPH：同化：合成反応の還元剤

臨床関連

ペラグラ

NADの欠乏

「ニコチン酸アミド」

　　[★]

英: nicotinic acid amide, NAA
ラ: nicotinamidum
同: ニコチンアミド nicotinamide、ナイアシンアミド niacinamide、3-ピリジンカルボン酸アミド 3-pyridinecarboxylic acid amide
商: M.V.I.、Ｍ.Ｖ.Ｉ.-12、アミノレバンEN配合、エルネオパ1号、エレンタールP乳幼児用配合、エレンタール配合、エンシュア・リキッド、オーツカMV、シーパラ、ストミンA配合、ダイメジン・マルチ、ツインラインNF配合、ツインライン配合、ネオM.V.I.-9、ネオパレン1号、ネオラミン・マルチV、バンコマイシン塩酸塩、パンビタン、ビタジェクト、フェニルアラニン除去ミルク配合、フルカリック1号、ヘパンED配合、マルタミン、ラコールNF配合、ラコール配合、ロイシン・イソロイシン・バリン除去ミルク配合、ワッサーV配合
関: ナイアシン

ビタミン複合体の1つ。
NADやNADPの材料である。
治療のためには「ニコチン酸アミド散10%」を単独で使用する。

「ヘモフィルス属」

　　[★]

ラ: Haemophilus
英: hemophilus
同: Haemophilus属、ヘモフィラス
関: 細菌

生物的特徴

パスツレラ科
グラム陰性桿菌
発育因子として、X因子(プロトポルフィリンIX or プロトヘム) and/or V因子(NAD or NADP)が必要
莢膜非保有菌(ウイルス感染に続発する肺炎)と莢膜保有菌(血清型b型が多い。化膿性髄膜炎、敗血症、閉塞性喉頭炎を起こす)がある。

ヘモフィルス感染症

Haemophilus influenzae 髄膜炎　←インフルエンザ菌

Haemophilus influenzae type B

Haemophilus aegyptius ブラジル紫斑熱、流行性結膜炎
Haemophilus ducreyi 軟性下疳

「ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸」

　　[★]

英: nicotinamide adenine dinucleotide phosphate NADP
同: NADP+、トリホスホピリジンヌクレオチド triphosphopyridine nucleotide TPN
関: NADPH

「dihydropyrimidine dehydrogenase」

　　[★]

ジヒドロピリミジン脱水素酵素、ジヒドロピリミジンデヒドロゲナーゼ

関: dihydrouracil dehydrogenase NADP、DPD

「NADPHジアフォラーゼ」

　　[★]

英: NADPH diaphorase
関: NADPHデヒドロゲナーゼ、NADPHジアホラーゼ

「NADPH dehydrogenase」

　　[★]

NADPH脱水素酵素、NADPHデヒドロゲナーゼ

関: NADPH diaphorase

「NADPH脱水素酵素」

　　[★]

英: NADPH dehydrogenase
関: NADPHデヒドロゲナーゼ

「NADPH依存性同化型硝酸還元酵素」

　　[★]

英: NADPH-dependent assimilatory nitrate reductase

「NADH-NADPH oxidoreductase」

　　[★]

NADH-NADPH酸化還元酵素

「NA」

　　[★]

「NAD」

　　[★]

[1] Hanukoglu I, Rapoport R (Feb–May 1995). "Routes and regulation of NADPH production in steroidogenic mitochondria". Endocrine Research 21 (1-2): 231–41. doi:10.3109/07435809509030439. PMID 7588385.

[Palmer-2] Palmer, Michael. "10.4.3 Supply of NADPH for fatty acid synthesis". Metabolism Course Notes. Retrieved 6 April 2012.

[3] Rush, Glenn F.; Gorski, Joel R.; Ripple, Mary G.; Sowinski, Janice; Bugelski, Peter; Hewitt, William R. "Organic hydroperoxide-induced lipid peroxidation and cell death in isolated hepatocytes". Toxicology and Applied Pharmacology 78 (3): 473–483. doi:10.1016/0041-008X(85)90255-8. PMID 4049396.

[4] Ogawa K, Suzuki K, Okutsu M, Yamazaki K, Shinkai S (2008). "The association of elevated reactive oxygen species levels from neutrophils with low-grade inflammation in the elderly". Immunity & Ageing 5: 13. doi:10.1186/1742-4933-5-13. PMC 2582223. PMID 18950479.

Identifiers

CAS Registry Number	53-59-8^Y
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Jmol-3D images	Image
MeSH	NADP
PubChem	5885
SMILES O=C(N)c1ccc[n+](c1)[C@@H]2O[C@@H]([C@@H](O)[C@H]2O)COP([O-])(=O)OP(=O)(O)OC[C@H]5O[C@@H](n4cnc3c(ncnc34)N)[C@H](OP(=O)(O)O)[C@@H]5O
Properties
Chemical formula	C₂₁H₂₉N₇O₁₇P₃
Molar mass	744.42 g·mol⁻¹
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa).
N verify (what is: Y/N?)
Infobox references

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NADP