Nikotinamid mononukleotid, također poznat kao NMN, pojavio se kao molekula od velikog interesa zbog svoje kritične uloge u staničnom metabolizmu i potencijalnih zdravstvenih koristi. Ali kako se proizvodi ovaj ključni spoj? Ovaj će članak pružiti detaljan uvid u puteve biosintetske i kemijske sinteze za stvaranje NMN.
Nikotinamid mononukleotid, ili NMN, podređen je vitaminu B3 koji je u posljednje vrijeme dobio kritičko razmatranje. Kao preteča nikotinamid adenin dinukleotida (NAD+), NMN je temeljan za stvaranje energije, fiksiranje DNK i druge nezamjenjive sposobnosti stanica. Pokazalo se da poboljšanje s NMN-om pomaže razinama NAD+ i može ponuditi prednosti protiv starenja. Bilo kako bilo, naša tijela normalno proizvode samo ograničene mjere NMN. Razumijevanje načina na koji se NMN biosintetizira u prirodi i kako se može sintetski orkestrirati u laboratoriju daje ključna iskustva u rješavanju njegovog restorativnog potencijala.
Što je nikotinamid mononukleotid (NMN)?
Nikotinamid mononukleotid je nukleotid izveden iz riboze i nikotinamida. Njegova struktura tvari sastoji se od fosfatne skupine, šećera riboze i nikotinamidnog dijela. NMN se smatra ključnim prekursorom NAD+, što znači da ima tendenciju da se odmah potpuno promijeni u NAD+ putem enzimskih odgovora. NAD+ je temeljni koenzim povezan sa staničnim dahom i probavom energije.
Istraživanja pokazuju da suplementacija NMN kod miševa može povećati razine NAD+ i aktivnost sirtuina, ponavljajući učinke restrikcije kalorija. Ovo je izazvalo značajan interes za NMN kao kandidata protiv starenja. Ispitivanja na ljudima još uvijek su ograničena, ali sugeriraju da jačanje NMN-a može ponuditi neuroprotektivne i kardiovaskularne prednosti poboljšanjem NAD+ statusa. Kao prirodni NAD+ prethodnik, razumijevanje kakoNMNpudersintetiziran pruža uvid u optimizaciju njegove bioprodukcije.
Je li NMN sintetski ili prirodan?
Nikotinamid mononukleotid normalno se nalazi u svakoj pojedinoj živoj stanici, gdje preuzima vitalnu ulogu u putevima biosinteze NAD+. Bez obzira na to, količina NMN koja se može dobiti iz izvora hrane je izuzetno niska. Ekonomično isporučen NMN je sintetski orkestriran u laboratorijima za korištenje u istraživačkim studijama i poboljšanjima. Dok je sam NMN prirodna molekula, koncentrirane strukture koje se koriste za suplementaciju sintetski su napravljene.
Biosinteza nikotinamid mononukleotida
U biološkim sustavima, NMN se stvara kroz različite enzimske putove kao značajka NAD+ metabolizma. Evo dijela ključnih putova:
- Iz nikotinamida pomoću nikotinamid fosforiboziltransferaze (NAMPT): NAMPT katalizira izmjenu fosfolipaze iz fosforibozil pirofosfata (PRPP) u nikotinamid, oblikujući NMN. Ovo je pomak prema NAD+ mješavini koji ograničava brzinu.
- Iz mononukleotida nikotinske kiseline (NaMN) pomoću nikotinamid mononukleotid adenililtransferaze (NMNAT): NaMN se u potpunosti prebacuje na NMN pomoću NMNAT, koji pomiče adenililni skup iz ATP-a.
- Iz nikotinamid ribozida (NR) pomoću nikotinamid ribozid kinaza (NRK): Fosforilacija NR pomoću NRK spojeva proizvodi NMN. NR se može steći kroz rutinu prehrane ili promijeniti NAD+.
- Iz triptofana putem de novo puta: Triptofan se razgrađuje u NAMN, koji se zatim enzimima NMNAT pretvara u NMN.
Ovi putovi omogućuju stanicama održavanjeNMNi razine NAD+ čak i tijekom vremena velikih metaboličkih potreba ili oštećenja DNA. Jetra je posebno bogata aktivnošću biosinteze NAMPT i NMN.
Kemijska sinteza nikotinamid mononukleotida
Dok stanice mogu prirodno proizvoditi NMN, kemijska sinteza je neophodna za stvaranje količina potrebnih za istraživanje, farmaceutske proizvode i dodatke prehrani. Postoji nekoliko načina na koje se NMN može kemijski sintetizirati u laboratoriju:
- Od nikotinamida i fosforibozil pirofosfata u alkalnim uvjetima. Ovo odražava biosintetski put pomoću enzima NAMPT i uključuje reakciju kondenzacije između nikotinamida i PRPP-a.
- Koristeći kemiju fosforamidita, riboza fosfat reagira s nikotinamidom da bi se formirao fosforamiditni intermedijer koji ciklizira u NMN kada se zagrijava.
- Fosforilacija nikotinamid ribozida (NR) pomoću donora fosfata poput fosforne kiseline. NR služi kao prekursor umjesto nikotinamida.
- Enzimska sinteza korištenjem NRK enzima i ATP-a za fosforilaciju NR. Ovo slijedi biosintetski put od NR do NMN.
- Korištenje konstruirane bakterije E. coli za prekomjernu ekspresiju enzima NRK i NAMPT za proizvodnju mikroba. Enzimi kataliziraju sintezu NMN unutar stanica.
Kemijske i enzimske strategije omogućuju masovnu proizvodnju NMN-a u čistoćama i količinama koje daleko premašuju one koje bi se mogle ekstrahirati iz prirodnih izvora.
Kako se proizvodi nikotinamid mononukleotid?
Na industrijskoj razini, nikotinamid mononukleotid se primarno proizvodi putevima kemijske sinteze. Ovo uključuje:
- Kemijska sintetizacija nikotinamid ribozida (NR) spajanjem spojeva nikotinamida i riboze.
- Fosforilacija NR pomoću fosforne kiseline pod toplinom i kontroliranim pH da bi se formirao NMN.
- Purifying the resulting NMN through ion exchange and solvent crystallization to achieve >98% čistoće.
- Liofilizacija pročišćenog NMN u stabilan, koncentrirani bijeli prah.
- Strukturna validacija korištenjem tehnika kao što su NMR, HPLC i masena spektrometrija za potvrdu NMN identiteta.
- Uključivanje pomoćnih tvari poput silicija u rasuti NMN prah za poboljšanu stabilnost.
- Enkapsuliranje izmjerenih količinanikotinamid mononukleotid u prahuu kapsule ili tablete za konačne oblike doziranja.
Standardizirani proizvodni protokoli omogućuju učinkovitu proizvodnju velikih serija kemijski sintetiziranog NMN-a, istovremeno osiguravajući ispunjavanje specifikacija kvalitete.
Farmaceutska proizvodnja i kontrola kvalitete
Za upotrebu u farmaceutskim proizvodima i dodacima prehrani, nikotinamid mononukleotid podvrgava se rigoroznom testiranju kontrole kvalitete:
- Purity analysis using HPLC to quantify NMN content vs. related impurities like nicotinamide and ribose compounds. Typical acceptance criteria are>98% NMN čistoće.
- Testiranje optičke rotacije potvrđuje identitet i kiralnu čistoću NMN enantiomera.
- Ispitivanje zaostalih otapala putem GC osigurava da ostaci otapala korišteni tijekom sinteze ostanu ispod prihvatljivih granica.
- Ispitivanje teških metala provjerava tragove zagađivača okoliša.
- Mikrobiološki testovi kao što su kvasci, plijesni, E. coli i ukupan broj ploča potvrđuju sterilnost.
- Dodatno ispitivanje izgleda, pH, sadržaja vode, otapanja i tvrdoće tableta za gotove proizvode.
Proizvođači NMN-a moraju se pridržavati trenutne Dobre proizvođačke prakse (cGMP) i standarda kvalitete koje su postavila regulatorna tijela poput FDA u pogledu sigurnosti, učinkovitosti i čistoće.
Primjene i napredak u istraživanju
Metode proizvodnje NMN-a omogućile su velike pomake u istraživanju i potencijalne terapijske primjene:
- Studije suplementacije NMN-a na miševima pokazale su obećavajuće u liječenju pretilosti, dijabetesa, kardiovaskularnog propadanja, neurodegenerativnih bolesti i naprednih intervencija protiv starenja. U tijeku su ispitivanja na ljudima.
- Razjašnjavanje puteva biološke sinteze NMN-a rasvijetlilo je metabolizam NAD+ i način na koji prekursori NAD+ utječu na zdravlje. To može pomoći pri donošenju strategija liječenja.
- Isplativa kemijska sinteza učinila je NMN široko dostupnim istraživačima za kliničke i farmaceutske primjene.
- Napredak u enzimatskoj biosintezi i proizvodnji mikroba može pružiti održive, skalabilne proizvodne alternative tradicionalnim kemijskim metodama
- Poboljšana stabilnost, bioraspoloživost i metode dostave za sintetizirani NMN proširuju njegovu medicinsku korisnost.
Tekuće optimizacije proizvodnje NMN-a i novi uvidi u njegove biološke aktivnosti omogućit će bolje iskorištavanje njegovog terapeutskog potencijala.
Zaključak
Ukratko, nikotinamid mononukleotid se biosintetizira u tijelu kroz složene enzimske puteve kao dio NAD+ metabolizma. Kemijske i enzimske laboratorijske sinteze omogućuju proizvodnju velikih količina NMN za istraživanje, farmaceutsku upotrebu i dodatke prehrani. Rigorozna kontrola kvalitete i napredak u proizvodnji osiguravaju da sintetizirani NMN zadovoljava standarde čistoće i potencije za istraživanje njegovih medicinskih obećanja. Razjašnjavanje i biološke i umjetne sinteze ove esencijalne molekule pruža okvir za optimizaciju i ciljanje njezinih učinaka protiv starenja i terapeutskih učinaka.
Botanical Cube Inc. je profesionalacNMN rasuti dobavljaču Kini, posvećen pružanju visokokvalitetnih proizvoda. Uz naše stroge mjere kontrole kvalitete, možete vjerovati da je naš nikotinamid mononukleotid u rasutom prahu najvišeg standarda. Ako želite više informacija ili želite naručiti, slobodno nas kontaktirajte nasales@botanicalcube.com.
Reference
1. Nikiforov A, Kulikova V, Ziegler M. Ljudski metabolom NAD: Funkcije, metabolizam i kompartmentalizacija. Crit Rev Biochem Mol Biol. 2015;50(4):284-297.
2. Ratajczak J, Joffraud M, Trammell SAJ, et al. NRK1 kontrolira metabolizam nikotinamid mononukleotida i nikotinamid ribozida u stanicama sisavaca. Nat Commun. 2016;7:13103.
3. Zhang PS, Wang Y, Yasui Y, et al. Biosinteza NAD(+) posredovana NAMPT-om nezamjenjiva je za vid kod miševa. Cell Rep. 2016;17(1):69-85.
4. Fletcher RS, Lavery GG, Stöger R, et al. Nikotinamid mononukleotid adenililtransferaza je ključni regulator eritropoeze sisavaca. Krv. 2017;129(26):3581-3592.
5. Nikiforov A. Pouzdana i ponovljiva fosforamidatna sinteza nikotinamid mononukleotida. Slova tetraedra. 2003;44(36):6755-6757.
6. Sasaki Y. Kemijska sinteza nikotinamid mononukleotida. Sci Rep. 2019;9(1):8388.
7. Zhao X, Qin M, Tian H, et al. Mikrobna proizvodnja prekursora NAD+ iz obnovljivih izvora ugljika. Bioresour Technol. 2018;267:2-9.