1. NAD為新陳代謝提供動力：NAD在分解代謝與合成代謝中的作用
2. 氧化還原生物化學：NAD、NAD+和NADH之間的區別
3. NAD和分解代謝：分解食物以產生能量
4. NAD和合成代謝：製造分子來構建細胞和組織
5. NAD生物學的新前沿：NAD消耗酶

我們星球上的所有生物都是由細胞組成的。雖然細胞具有各種形狀、大小和功能，但它們具有許多共同的基本特徵。它們使用類似的遺傳密碼將資訊存儲在DNA中。它們都需要能量——無論是來自食物、太陽還是海洋深處的熱噴口——才能生存。它們都含有一種稱為煙醯胺腺嘌呤二核苷酸的重要分子，簡稱NAD。

人體由數萬億個細胞組成，其中至少有37.2萬億個細胞，它們都依賴NAD來執行其日常功能[1,2]。NAD是如此重要，以至於沒有它我們就會死去。我們從完整的強化食品和補充劑中攝取的B3維生素有助於我們的細胞維持足夠的NAD，以避免維生素缺乏症糙皮病。

儘管糙皮病在大多數發達國家不再是一個主要的健康問題，但它的存在凸顯了NAD在我們的健康中發揮的關鍵作用。現代研究表明，NAD水準下降[3]與多種急性和慢性疾病以及與年齡相關的健康情況有關。科學家們現在渴望研究促進NAD的策略，以支持整體健康[4-9]並優化復原力。

是什麼讓NAD對我們的細胞和健康如此有價值？我們知道NAD是必不可少的，回答這個問題是正在進行的緊張科學研究的主題。世界各地的科學家都在努力充分瞭解NAD如何説明我們的細胞和健康。這是我們創辦AboutNAD網站的主要原因之一——幫助跟蹤這個令人興奮的研究領域，因為它不斷發展。現在，讓我們從一些基礎生物學開始我們的NAD科學之旅：你的細胞如何利用食物中的分子來維持你的生命。

NAD為新陳代謝提供動力：NAD在分解代謝與合成代謝中的作用

我們都知道，我們需要吃東西才能生存和茁壯成長。食物中的營養物質為我們的身體提供能量，因此我們可以保持健康和活躍。但是，我們食物中的分子——脂肪、糖和蛋白質（這三種也稱為宏量營養素或簡稱宏量營養素）——一旦被消化，究竟會發生什麼？

為了簡化起見，讓我們考慮一下你從下午點心中攝取的糖分子的命運。一旦它被消化，這種分子就會進入你的眾多細胞之一。你的細胞現在有一些選擇。如果細胞需要能量，它可以將糖分解成最小的分子部分並提取能量。如果細胞需要生長或儲存能量以備後用，它可以將糖轉化為其他類型的分子，例如氨基酸或脂肪分子，以構建細胞物質並增加體積。

在任何一種情況下，細胞都通過進行一系列化學反應來完成這些分子轉化。術語“新陳代謝”用於廣泛描述我們細胞和體內發生的所有化學反應。構成我們組織和器官的數萬億個細胞不斷利用這些化學反應將分子從一種形式轉化為另一種形式。通過新陳代謝，細胞分解食物中的分子併產生所有分子——從脂質和氨基酸到核酸和激素——以保持我們身體的功能。

這些化學反應中的每一個也都涉及能量。一些化學反應需要能量輸入才能進行，而另一些化學反應則釋放能量，這些能量可用於細胞內的其他目的。代謝過程根據它們如何轉化分子和能量進行分類。合成代謝是一組化學反應，它使用儲存的細胞能量將小分子構建成大分子，而將分子分解成更小的碎片並收集細胞能量的一組化學反應稱為分解代謝。

細胞需要一種方法來有效地管理合成代謝過程所需的能量或分解代謝過程釋放的能量。熱能，就像燃燒的火焰釋放的能量一樣，對生物來說很難使用，並且通常會迅速從細胞中消散。為了以更有用的形式保持能量，細胞使用特殊分子來存儲和管理化學能的能量。NAD是一種特別重要的能量管理分子，它通過將能量轉移到各種化學反應中或從各種化學反應中轉移能量來充當輔酶或輔助分子。

NAD與密切相關的分子煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）一起參與細胞中的500多種化學反應[10]。NAD傾向於參與分解代謝過程，而NADP通常參與合成代謝過程。這兩個分子參與了如此多的化學反應，以至於很難找到一個不涉及至少一個這些分子的代謝過程的例子。

氧化還原生物化學：NAD、NAD+和NADH之間的區別

NAD和NADP幫助細胞管理能量，類似於快遞服務管理包裹的方式。就像快遞員在一個地方取包裹並將其運送到其他地方一樣，NAD從細胞一部分的一個分子中拾取高能電子包，並將它們與另一個位置的不同分子一起丟棄。當NAD攜帶這塊能量時，它被稱為NADH。如果不是，科學家稱之為NAD+。

用更專業的術語來說，NAD攜帶的能量包稱為氫化物。氫化物是一組連接到氫原子上的兩個高能電子。因為NAD可以獲得和失去這種氫化物，所以它在細胞內以兩種不同的形式存在：NAD+和NADH。NAD+中的“+”表示分子具有淨正電荷。當它獲得氫化物（NADH中的“H”）時，帶負電荷的電子抵消了正電荷，“+”消失了。NADP也是如此。當它裝滿一包能量時，它被稱為NADPH;否則稱為NADP+。

當NAD獲得或失去能量時，它正在參與氧化還原反應，或簡稱氧化還原反應。氧化還原反應是分子獲得和失去高能電子的化學反應，它們對於細胞用來產生能量和構建分子的代謝過程至關重要。

分子在失去電子時被氧化，在獲得電子時被還原。NAD+是NAD的氧化形式。當它從其他分子中以氫化物的形式收集高能電子時，它就會變成NADH，即NAD的還原形式。然後，NADH可以釋放這些高能電子，再次成為其氧化的NAD+形式。

為簡單起見，本網站使用術語“NAD”來指代分子的氧化形式和還原形式，除非NAD+和NADH之間的區別對所提出的觀點很重要。儘管從化學角度來看，NAD+和NADH之間的差異很小，但這種差異可能對分子在細胞內的使用方式產生巨大影響。

NAD和分解代謝：分解食物以產生能量

分解代謝過程涉及將分子分解成更小塊的化學反應。這些反應通常會釋放能量，這些能量可以在細胞的其他地方利用和使用。分解代謝最著名的例子是細胞呼吸。

如果你還記得在過去的科學課上學習過糖酵解、檸檬酸迴圈、電子傳遞鏈或氧化磷酸化，那麼你就記住了細胞呼吸。在不涉及所有細節的情況下，細胞呼吸是一組化學反應和分子過程，細胞用來分解我們消耗的食物以三磷酸腺苷（ATP）的形式產生細胞能量。

這種細胞能量對細胞功能至關重要，併為細胞每天每時每刻所做的大部分工作提供動力，以維持我們的生命。它保持心臟跳動。它允許肌肉收縮和放鬆。它允許我們大腦中的神經元進行交流和處理思想。

NAD是細胞呼吸的核心參與者，所有類型的細胞都需要NAD來產生細胞能量。當糖和脂肪被分解時，它們將儲存的能量傳遞給NAD+並將其轉化為NADH。然後，NADH將這種能量傳遞到稱為線粒體的細胞發電站中的電子傳輸鏈，在那裡它被用來產生ATP。即使是沒有線粒體的細胞，如紅細胞，也使用NAD從糖中產生非常少量的ATP。

NAD和合成代謝：製造分子來構建細胞和組織

分解分子獲取能量只是新陳代謝故事的一半。合成代謝過程涉及從較小的碎片中產生較大分子的化學反應。這些反應通常需要以有用的細胞形式儲存的能量。所有構建我們細胞並最終構建我們身體的大分子——脂肪、碳水化合物、核酸和蛋白質——都是通過合成代謝過程產生的。

並非所有我們吃的食物都被完全分解。其中一些材料成為原始的化學部分，幫助我們的身體創造我們的基本成分。葡萄糖可以重新用於製造我們DNA的其他形式的糖。葡萄糖也可以轉化為脂肪，而脂肪又被用來建立膜，這些膜定義了每個細胞的外部屏障和內部較小的隔室。葡萄糖甚至可以轉化為多種氨基酸，以構建催化化學反應的酶和為我們的細胞提供結構支持的蛋白質。

NAD和NADP參與了所有這些過程。NADH和NADPH不是在分子分解時提取能量包，而是通過提供高能電子來驅動充滿儲存化學能的較大分子的形成來參與這些反應。

NAD生物學的新前沿：NAD消耗酶

NAD在新陳代謝中不可或缺的和無處不在的作用現在在教科書中被紀念。幾十年來，這是NAD唯一已知的作用。但是，NAD研究史上一個相對較新的里程碑永遠改變了科學家對這種分子的看法。

在1960年代，研究人員發現NAD可以參與一種新的化學反應[11]。這種反應與科學家已經熟悉的合成代謝和分解代謝過程非常不同，並且不涉及氫化物或高能電子的轉移。相反，它通過將NAD+分解成兩個較小的部分來改變NAD的化學特性。

這一初步發現使科學家們發現了一組“消耗NAD的酶”，這些酶將NAD的氧化形式（NAD+）分解成碎片，而不是用它來促進代謝氧化還原反應。其中一些消耗NAD的酶通過使用NAD+來改變細胞周圍蛋白質的結構和功能來指導細胞的行為。其他消耗NAD的酶似乎消耗大量的NAD來產生信號分子或驅動整體NAD水平的變化。

聚-ADP-核糖聚合酶，簡稱PARP，是NAD+消費者。它們將一塊破碎的NAD+分子附著在細胞中的其他分子上。例如，PARP可以將NAD+片段附著在DNA受損的DNA上，以幫助細胞的其他成分識別和修復問題。人類細胞中有17種不同的已知PARP，科學家們正在努力弄清楚PARPs指導細胞行為的所有方式，而不僅僅是修復破碎的DNA[12]。

另一組稱為sirtuins的酶使用NAD+的破碎片段來“脫乙醯化”細胞中的其他分子。這種脫乙醯化從分子結構中去除一小部分原子，以改變其整體形狀和活性。例如，細胞核中的sirtuins可以使與DNA相關的組蛋白去乙醯化，以改變細胞使用其遺傳資訊的方式。線粒體中的sirtuins可以使酶脫乙醯化，從而改變其活性，並幫助調節細胞對氧化應激的反應[13]。

一些消耗NAD的酶會咀嚼大量的NAD，並可能參與驅動NAD耗竭和細胞死亡。這些酶也被稱為“NADases”或NAD降解劑，以説明區分它們的活性與PARPs和sirtuins。一種名為SARM1的酶就是一個很好的例子：通過消耗大量的NAD，SARM1驅動神經元中的NAD耗竭和細胞變性[14]。

另一種名為CD38的酶也可能是NAD降解劑。CD38存在於免疫細胞中，可以利用NAD+來產生信號分子環狀ADP-核糖，但由於CD38每產生一個環狀ADP-核糖分子，就會咀嚼約100個NAD+分子，因此科學家傾向於更多地關注其作為NAD降解劑的作用，而不是NAD信號傳導酶[15]。

科學家們對NAD還有很多需要瞭解的地方，這使得這是一個令人興奮的研究領域。隨著NAD研究的繼續，我們將更多地瞭解NAD消耗酶與我們的健康的關係，我們甚至可能發現細胞使用NAD的全新方式[16,17]。目前，有一件事是明確的：NAD對我們的細胞和我們自己的健康至關重要。

本文翻譯自AboutNAD教育網站，由美國ChromaDex Corp.所撰寫的專欄

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