A oxidação do NADH citosólico

No post anterior mostramos como a NADH participa na síntese ATP na fosforilação oxidativa ao custo de ser reoxidada. Porém há um problema: O NADH formado no citosol não consegue atravessar a membrana interna da mitocôndria, portanto as moléculas formadas na via glicolítica e no ciclo de Krebs precisam entrar de alguma forma na matriz mitocondrial para que sejam oxidadas pelo oxigênio. Para tal fim há um sistema de reações que transfere equivalentes de NADH citosólico para dentro da mitocôndria. Este sistema é chamado circuito malato-aspartato. Nele, o NADH citosólico reduz o oxaloacetato a malato que por sua vez possui um canal específico, o transportador malato-α-cetoglutarato, que o transfere para o interior da mitocôndria. Nesta, o malato é reoxidado a oxaloacetato pela conversão de NAD+ em NADH. Outros passos se seguem para que o oxaloacetato possa voltar para o citosol e realimentar o sistema.



No músculo esquelético e no cérebro ocorre outro tipo de circuito onde o NADH citosólico reduz a diidroxicetona fosfato a glicerol fosfato que, por sua vez, reage com uma enzima presente na face externa da membrana mitocondrial interna, a glicerol 3-fosfato desidrogenase. Nela, o glicerol 3-fosfato é oxidado gerando FADH2 que alimenta diretamente o Complexo III da cadeia respiratória. Assim, esse processo gera apenas 2 moléculas de ATP por NAD reduzida. Esse sistema é conhecido por circuito do glicerol-3-fosfato.



Plantas superiores “resolveram” o transporte de NADH citosólico de uma forma curiosa: elas possuem uma NADH desidrogenase orientada para o espaço intermembranar da mitocôndria, não necessitando, assim, que o NADH entre na matriz para ser oxidado.

Fosforilação oxidativa

Na Fosforilação Oxidativa, o NAD não é reduzido a NADH, mas sim oxidado a NAD+.
Essa via, começa com a acepção de elétrons na cadeia respiratória, que são trazidos pelo NADH, provenientes das vias catabólicas. Os elétrons por ele carregados, vão mover-se do NADH sendo transferidos para o FMN e, através de uma série de centros Fe-S, os elétrons passarão até chegar numa proteína Fe-S N-2, da qual serão tranferidos para a ubiquinona, formando QH2, que irá se difundir pela bicamada lipídica. A transferência de elétrons induz a expulsão de 4 prótons por par de elétrons, no Complexo I, da matriz mitocondrial para o espaço intermembranoso, produzindo um potencial eletroquímico na membrana devido a diferença de concentração de prótons entre a matriz e o espaço intermembranoso, o que representa uma forma de conservar temporariamente a energia proveniente desse fluxo de elétrons.Essa energia armazenada, conhecida por força próton motriz, é composta pela energia potencial química gerada pelo gradiente de prótons, e energia potencial elétrica, resultante da separação de carga quando um próton se movimenta pela membrana sem fazer uso de um contra-íon, e tem sua importância por sozinha ser suficiente para conduzir a síntese de ATP.

Ciclo de Krebs

O piruvato formado no final da via glicolítica segue, no caso da respiração aeróbia, para o ciclo de Krebs, onde mais molécula de NAD+ serão reduzidas a NADH.
No Ciclo de Krebs, há quatro passos em que ocorrem oxidações, sendo que em três deles a energia liberada é conservada na forma de NADH. O primeiro passo em que há uma reação oxidativa utilizando NAD+ é aquele em que ocorre a descarboxilação oxidativa do isocitrato dando origem ao a- cetoglutarato. A reação seguinte é a segunda a fazer uso de NAD+, onde acontece outra descarboxilação oxidativa, porém com o a- cetoglutarato sendo convertido em succinil-CoA e CO2. A terceira e última reação do Ciclo do Ácido Cítrico a envolver o NAD+, é a oxidação do malato a oxaloacetato, em que o NAD está ligada a enzima L-malato desidrogenase, que é a que catalisa essa reação.
A cada volta no ciclo de Krebs são reduzidas 3 moléculas de NAD+. Como uma molécula de Glicose gera duas de piruvato para alimentas o Krebs, até o passo apresentado,8 NADH foram produzidas ao custo de uma de glicose.

Participação nas Vias Metabólicas

O NADH participa de várias vias metabólicas responsáveis pela obtenção de energia pelo organismo, sendo as principais a via glicolítica, ciclo de Krebs e fosforilação oxidativa.

Quando dois átomos de hidrogênio são liberados pela oxidação de uma molécula, o NAD+ recebe um hidreto (:H-), se transformando em NADH, e o segundo H+ que foi removido da molécula, fica livre no solvente aquoso. Dessa forma, o NAD+, ao captar os elétrons provenientes da oxidação de um substrato, está conservando a energia livre que foi liberada no processo anterior.

Glicólise



Na Glicólise, o NADH participa na fase de pagamento conservando energia na forma de duas moléculas de NADH por molécula de glicose oxidada. Nessa via, a coenzima NAD+ se reduz ao receber um íon hidreto do grupo aldeído do gliceraldeído-3-fosfato, o que permite que essa molécula se ligue a um fosfato inorgânico, formando o 1,3-bifosfoglicerato, que em um processo seguinte, liberará seu grupo fosfato de alta energia para um ADP, formando um ATP. Como sáo duas as moléculas de NADH formadas por cada de glicose, temos a sintese de 2atp/glicose oxidada.
Na úlltima etapa desta via, a glicose é reduzida a piruvato (ácido pirúvico), sendo que este pode ter caminhos diferentes em função do organismo e/ou do tecido que está realizando o processo. Generalizando, em organismos que realizam a respiração anaeróbia ou quando um tecido precisar funcionar anoxicamente, como o tecidos muscular esquelético em uma contração vigorosa, o piruvato será reduzido a etanol, e lactato respectivamente. Esse processo, conhecido como fermentação, leva a NAD a ser reoxidada a NAD+ e, assim, fornece novamente a coenzima em sua forma necessária para oxidar a glicose, podendo gerar mais ATP.

Ressuscitando...

O NAD pode ser obtido através da alimentação, sendo encontrado em abundância na carne e em menor quantidade nos vegetais. Ele é considerado o mais poderoso antioxidante biológico, e pode ser encontrado em todas as células vivas do nosso corpo, participando de reações que produzem energia. Além disso, cientistas já encontraram propriedades terapêuticas do NADH, a forma reduzida do NAD, em que significativos resultados foram obtidos no tratamento de doenças muito comuns e que aflingem milhares de pessoas no mundo, como o câncer, a depressão, o mal de Alzheimer e a arteriosclerose, além de agir no reparo do DNA e no tratamento do envelhecimento precoce. Abaixo segue como o NADH atua em algumas dessas doenças:

Depressão: a NADH atua como estimulante da síntese de neurotransmissores que agem no sistema nervoso central, como a dopamina e a serotonina, a ingestão diária de NADH deixa os pacientes mais bem dispostos, sem surtir qualquer efeito colateral.

Mal de Alzheimer: da mesma forma que no tratamento da depressão, o NADH irá aumentar a produção de neurotransmissores, como acetilcolina, noradrenalina e dopamina, substâncias cuja deficiência é uma das causas dos sintomas dessa doença. Dessa forma, a administração de NADH em pacientes com o Mal de Alzheimer, é capaz de aliviar os sintomas e até mesmo suspender a sua progressão.
Para entender melhor como funcionaria o NADH nesse caso, pode-se dizer que o NADH irá aumentar a quantidade de energia nas células cerebrais, evitando sua morte prematura, e favorecendo um aumento na atividade da ubiquinona redutase, onde positivos resultados na atividade cerebral podem ser obtidos.

Arteriosclerose: um dos fatores de risco para a arteriosclerose é o elevado nível de triglicérides e colesterol. Como foi provado por estudos que o NADH abaixa a taxa de colesterol, fica claro o uso do NADH no tratamento dessa doença.

A estrutura 3D

NAD é o acrônimo (do inglês Nicotinamide adenine dinucleotide) de nicotinamida adenina dinucleotídeo, difosfopiridina nucleotídeo ou ainda dinucleótido de nicotinamida adenina (do inglês nicotinamide adenine dinucleotide). É um composto encontrado nas células de todos os organismos desempenhando a função metabólica de transportador de elétrons e/ou hidrogênio e como sinalizador celular. Em conseqüência dessa atividade ela possui duas formas: uma reduzida (NADH) e uma oxidada (NAD⁺), sendo a primeira obtida pela redução da sua forma oxidada pela aceitação de dois elétrons e um próton. Pode ser sintetizada a partir de aminoácidos como o tritofano ou até mesmo ter seus fragmentos, obtidos pela dieta ou em reações de quebra da NAD, absorvidos e reciclados até atingirem novamente sua forma ativa.

Por ser uma substância orgânica não protéica necessária ao funcionamento de certas enzimas ao contribuir para a cinética da reação enzimática, ela é classificada como uma coenzima e, mais especificamente, a forma ativa da vitamina B_3. Esta, também conhecida como Niacina, vitamina PP ou ácido nicotínico, é uma vitamina hidrossolúvel que desempenha funções no metabolismo energético celular e na reparação do DNA assim como outras funções “secundárias” como remover substâncias químicas tóxicas do corpo e auxiliar a produção de hormônios esteróides pelas glândulas supra-renais.