NAD

니코틴아미드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NAD)란 무엇인가요?

NAD는 니코틴아미드 아데닌 다이뉴클레오타이드로, 코엔자임 I로 줄여서 부릅니다. 전자 전달 효소의 일종으로, 체내 여러 탈수소효소의 보조 효소로서 트리카르복실산 회로와 호흡 사슬을 연결합니다. 이 효소의 기능은 대사 과정에서 제거된 수소를 플라보단백질로 전달하는 것입니다. NADH, 더 정확하게는 NADH와 H+가 이 효소의 환원형입니다.

NAD의 효능

에너지 대사에 미치는 영향

산화환원반응의 핵심 역할: NAD(니코틴아미드 아데닌 다이뉴클레오타이드)는 세포 내 해당과정 및 트리카르복실산 회로와 같은 대사 경로에서 핵심적인 역할을 합니다. 해당과정에서 글리세르알데하이드-3-인산 탈수소효소는 글리세르알데하이드-3-인산을 1,3-다이포스포글리세르산으로 산화하는 과정을 촉매하는 반면, NAD+는 전자와 양성자를 받아 NADH로 환원됩니다. 예를 들어, 인간 세포의 에너지 생성 과정에서 포도당 분자 1분자는 해당과정을 거쳐 NADH 분자 2개를 생성합니다.
ATP 생성의 중요한 연결 고리: NADH는 전자를 미토콘드리아의 전자전달계로 운반합니다. 전자는 전자전달계를 통해 순차적으로 전달되고, 방출된 에너지는 양성자를 미토콘드리아 기질에서 막 사이로 펌핑하는 데 사용되어 양성자 전기화학적 기울기를 형성합니다. 양성자가 ATP 합성효소를 통해 기질로 돌아오면 ATP 합성이 촉진됩니다. NADH 호흡 사슬을 통과하는 전자 한 쌍당 약 2.5~3개의 ATP 분자가 생성될 수 있다고 추정됩니다. 이 과정은 마치 에너지 변환 공장처럼 작용하는데, NADH는 대사 과정에서 생성된 화학 에너지를 세포가 직접 사용할 수 있는 ATP 형태로 효율적으로 변환하는 “에너지 운반체” 역할을 합니다.

세포 신호전달 및 유전자 발현 효능

대사 관련 유전자 발현 조절: NAD+는 세포 내 여러 주요 전사 인자의 활성 조절에 관여합니다. 예를 들어, NAD+에 의존하는 탈아세틸화효소인 SIRT1의 활성을 조절합니다. SIRT1은 히스톤과 일부 전사 인자(예: PPAR-γ)를 탈아세틸화하여 유전자 발현에 영향을 미칩니다. 이러한 조절 효과는 지방산 산화 관련 유전자 발현을 증가시키고 세포가 지방을 에너지로 사용하도록 촉진하는 등 세포의 대사 프로그램을 변화시킬 수 있습니다.
세포 스트레스 반응 관여: 세포가 산화 스트레스, 영양 결핍과 같은 스트레스에 노출되면 NAD+ 수치가 변화하고, 이는 일련의 스트레스 반응 경로를 활성화하여 세포를 보호합니다. NADPH 산화효소에 의해 생성된 활성 산소종(ROS)이 세포 내 산화 환원(REDOX) 상태를 변화시키는 산화 스트레스의 경우, NAD+는 항산화 효소(예: 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제, 글루타티온 퍼옥시다아제 등)의 발현과 활성을 조절하는 신호 전달 분자로 작용하여 세포가 ROS를 제거하고 세포 내 산화 환원 균형을 유지하도록 돕습니다.

NAD 복구

PARP의 기질로서 복구에 관여: DNA 손상 복구 과정에서 폴리(ADP-리보스) 중합효소(PARP)는 중요한 역할을 하며, NAD+는 PARP의 기질입니다. 단일 가닥 절단과 같은 DNA 손상이 발생하면 NAD+ 합성 폴리(ADP-리보스)(PAR)을 활용하여 PARP가 활성화됩니다. Pars는 DNA 복구 단백질(예: XRCC1)을 손상 부위로 이동시키고 DNA 단일 가닥 절단 복구를 촉진하는 신호 전달 분자로 사용될 수 있습니다. NAD 수치가 부족하면 PARP 활성이 저하되어 DNA 복구 능력이 감소하고 세포 유전체의 불안정성이 증가합니다.
유전체 안정성 유지: NAD+는 DNA 복구에 참여하여 유전체 무결성 유지에 기여합니다. 세포 주기의 모든 단계, 특히 S기(DNA 합성기)와 G2기(DNA 합성 후기기)에서 NAD+는 DNA 복제 중 발생한 손상을 적시에 복구하는 데 필수적입니다. 이를 통해 DNA 손상이 축적되는 것을 방지하고 세포의 돌연변이 및 암 발생 위험을 줄일 수 있습니다.