烟酰胺辅酶NADP(H)和NAD(H)

结构和功能

  烟酰胺辅酶NAD(P)(H)是生命体中氧化还原过程的最平常的中介，介导双电子得失的氧化还原过程。与紧密结合型黄素类辅酶（KD=10-7-10-11M）不同，烟酰胺辅因子与其酶蛋白之间结合松散 (KD=10-3-10-5M)，较易分离，并且与氧接触稳定而不易被氧化。这类辅酶能通过得失电子在氧化和还原态之间迅速转换，并使得电子得失传递到代谢物的分解和合成过程中。一般来说，NAD(H)作用在呼吸链上氧化酶催化反应中，并最终由分子氧接收传递的电子(氧还原)；而NADP(H)则多参入脱氢酶催化反应，转移电子到合成的中间产物上(底物还原)。两种烟酰胺辅酶都参入到有机合成上众多重要的对映和非对映选择性氧化还原反应中。

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  电子转移仅发生在这类辅酶的烟酰胺骨架上，氢负离子经过酶催化直接进攻吡啶环的C-4位，专一性的转化成1,4-二氢吡啶结构，即酶催化唯一的活性形态NAD(P)H，腺苷和焦磷酸结构是与酶活性位结合的部分。我们应该看到对吡啶结构的1,4-还原是这类辅酶能够在工业上大规模再生循环的主要障碍。核糖2位的磷酸化是NAD(H)与NADP(H)在结构上的唯一区别，鉴于大多数脱氢酶在催化氧化还原过程中对辅酶选择有专一性要求，细胞或酶可以通过其结构上的微小差别来区分这两种辅酶。

烟酰胺辅酶的制备

 辅酶NAD最初是从酵母中提取得到或由微生物发酵获取，现在也能通过全合成或半合成以及酶催化合成得到，但合成法相对来说没有优势。由NAD在NAD激酶催化与ATP发生磷酸化反应可得到NADP，而NAD(P)可用化学法、酶催化或微生物转化等方法进一步的还原得到NAD(P)H。烟酰胺类辅因子在水溶液中不太稳定，特别是在极端pH条件下。酸性环境会使还原型烟酰胺辅酶发生水合反应和异构化；碱性环境则会使氧化型辅酶的核糖和烟酰胺之间的键断裂。还原型辅酶在磷酸缓冲溶液中的稳定性比氧化型辅酶更差，NADPH比少一个磷酸基团的NADH稳定性更差。温度为25度时，烟酰胺辅酶在pH7.0的不同缓冲溶液中和不同的离子共存时，其半衰期在几个小时和一个月这间。

NAD(P)也易于被亲核试剂在吡啶环的4位进行亲核加成，一些脱氢酶可以催化NAD(P)的破坏性亲核加成。

烟酰胺辅酶的再生

烟酰胺辅酶再生系统研研近几十年有了长足的进步，甲酸脱氢酶催化的NADH再生已经实现商业化应用。固定化辅酶并通过中空纤维或膜反应器实现回收重复使用也处于实用化开发阶段。

还原型辅酶NAD(P)H的再生相对来说要困难的多，因为其过程涉及到区域选择性1,4-加成。到目前为止酶催化的NAD(P)H再生系统可以满足必须的选择性，但不同的酶催化的辅酶再生过程各有利弊，更经济方便的NAD(P)H辅酶再生系统仍然等待开发。