Nikotinamid mononukleotid, također poznat kao NMN, pojavio se kao molekul od velikog interesa zbog svoje kritične uloge u ćelijskom metabolizmu i potencijalnih zdravstvenih koristi. Ali kako se proizvodi ovaj ključni spoj? Ovaj članak će pružiti dubinski pogled na puteve biosintetske i kemijske sinteze za stvaranje NMN.
Nikotinamid mononukleotid, ili NMN, je podređen vitaminu B3 koji je u posljednje vrijeme bio predmet kritičnog istraživanja. Kao preteča nikotinamid adenin dinukleotida (NAD+), NMN je fundamentalan za stvaranje energije, fiksiranje DNK i druge nezamjenjive ćelijske sposobnosti. Poboljšanje sa NMN je prikazano kako bi se poboljšao nivo NAD+ i može ponuditi prednosti protiv starenja. Kako god bilo, naša tijela samo normalno proizvode ograničene mjere NMN. Razumijevanje načina na koji se NMN biosintetizira u prirodi i može biti sintetički orkestriran u laboratoriji daje ključna iskustva u rješavanju njegovog restorativnog potencijala.
Šta je nikotinamid mononukleotid (NMN)?
Nikotinamid mononukleotid je nukleotid izveden iz riboze i nikotinamida. Njegova struktura supstance se sastoji od fosfatne grupe, šećera riboze i nikotinamidnog dela. NMN se smatra ključnim NAD+ prekursorom, što znači da ima tendenciju da se brzo potpuno promijeni u NAD+ putem enzimskih odgovora. NAD+ je osnovni koenzim povezan sa ćelijskim disanjem i varenjem energije.
Istraživanja pokazuju da dodatak NMN kod miševa može povećati nivo NAD+ i aktivnost sirtuina, replicirajući efekte ograničenja kalorija. Ovo je izazvalo značajno interesovanje za NMN kao kandidata protiv starenja. Ispitivanja na ljudima su još uvijek ograničena, ali sugeriraju da povećanje NMN može ponuditi neuroprotektivne i kardiovaskularne prednosti poboljšanjem NAD+ statusa. Kao prirodni NAD+ prethodnik, razumijem kakoNMNprahje sintetiziran pruža uvid u optimizaciju njegove bioproizvodnje.
Da li je NMN sintetički ili prirodan?
Nikotinamid mononukleotid se normalno nalazi u svakoj živoj ćeliji, gdje preuzima vitalnu ulogu u putevima biosinteze NAD+. Bez obzira na to, količina NMN koja se može nabaviti putem izvora hrane je izuzetno mala. Ekonomski isporučeni NMN sintetički je orkestriran u laboratorijama za upotrebu u istraživačkim studijama i poboljšanjima. Dakle, dok je sam NMN prirodna molekula, koncentrisane strukture koje se koriste za suplementaciju su sintetički napravljene.
Biosinteza nikotinamid mononukleotida
U biološkim sistemima, NMN se generiše kroz različite enzimske puteve kao karakteristika NAD+ metabolizma. Evo dijela ključnih puteva:
- Od nikotinamida putem nikotinamid fosforiboziltransferaze (NAMPT): NAMPT katalizira razmjenu fosfolipaze iz fosforibozil pirofosfata (PRPP) u nikotinamid, oblikujući NMN. Ovo je pomak koji ograničava brzinu ka NAD+ mješavini.
- Od mononukleotida nikotinske kiseline (NaMN) putem nikotinamid mononukleotid adenililtransferaze (NMNAT): NaMN se u potpunosti prebacuje na NMN pomoću NMNAT, koji pomiče adenililnu gomilu iz ATP-a.
- Od nikotinamid ribozida (NR) nikotinamid ribozid kinazama (NRKs): Fosforilacija NR pomoću NRK spojeva proizvodi NMN. NR se može dobiti kroz rutinu ishrane ili promijeniti sa NAD+.
- Od triptofana de novo putem: Triptofan se razlaže u NAMN, koji se zatim pretvara u NMN pomoću NMNAT enzima.
Ovi putevi omogućavaju ćelijama da se održeNMNi nivoi NAD+ čak i u vrijeme velike metaboličke potražnje ili oštećenja DNK. Jetra je posebno bogata aktivnostima biosinteze NAMPT i NMN.
Hemijska sinteza nikotinamid mononukleotida
Dok ćelije mogu prirodno proizvoditi NMN, hemijska sinteza je neophodna da bi se stvorile količine potrebne za istraživanje, farmaceutske proizvode i suplemente. Postoji nekoliko načina na koji se NMN može hemijski sintetizirati u laboratoriji:
- Od nikotinamida i fosforibozil pirofosfata u alkalnim uslovima. Ovo odražava biosintetski put koji koristi NAMPT enzime i uključuje reakciju kondenzacije između nikotinamida i PRPP.
- Koristeći hemiju fosforamidita, riboza fosfat reaguje sa nikotinamidom da bi se formirao fosforamiditni intermedijer koji ciklizira u NMN kada se zagreje.
- Fosforilacija nikotinamid ribozida (NR) korištenjem donora fosfata kao što je fosforna kiselina. NR služi kao prekursor umjesto nikotinamida.
- Enzimska sinteza pomoću NRK enzima i ATP-a za fosforilaciju NR. Ovo prati biosintetski put od NR do NMN.
- Korištenje konstruiranih bakterija E. coli za prekomjernu ekspresiju NRK i NAMPT enzima za proizvodnju mikroba. Enzimi kataliziraju sintezu NMN unutar stanica.
Hemijske i enzimske strategije omogućavaju masovnu proizvodnju NMN u čistoći i količinama koje su daleko veće od onoga što bi se moglo izvući iz prirodnih izvora.
Kako se proizvodi nikotinamid mononukleotid?
U industrijskim razmjerima, nikotinamid mononukleotid se prvenstveno proizvodi putem kemijske sinteze. Ovo uključuje:
- Hemijska sinteza nikotinamid ribozida (NR) spajanjem jedinjenja nikotinamida i riboze.
- Fosforilacija NR pomoću fosforne kiseline pod toplotom i kontrolisanog pH da bi se formirao NMN.
- Purifying the resulting NMN through ion exchange and solvent crystallization to achieve >98% čistoće.
- Liofilizacija prečišćenog NMN u stabilan, koncentrirani bijeli prah.
- Strukturna validacija upotrebom tehnika kao što su NMR, HPLC i masena spektrometrija za potvrdu identiteta NMN.
- Uključivanje ekscipijenata poput silicijum dioksida u NMN prah za poboljšanu stabilnost.
- Inkapsuliranje izmjerenih količinanikotinamid mononukleotidni prahu kapsule ili tablete za finalne dozne oblike.
Standardizirani proizvodni protokoli omogućavaju efikasnu proizvodnju velikih serija hemijski sintetizovanog NMN uz obezbeđivanje ispunjavanja specifikacija kvaliteta.
Farmaceutska proizvodnja i kontrola kvaliteta
Za upotrebu u farmaceutskim proizvodima i dodacima prehrani, nikotinamid mononukleotid prolazi rigoroznu kontrolu 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 rezidualnog rastvarača putem GC osigurava da ostaci rastvarača koji se koriste tokom sinteze ostanu ispod prihvatljivih granica.
- Testiranje teških metala provjerava tragove zagađivača okoliša.
- Testiranje na mikrobe poput kvasca, plijesni, E. coli i ukupnog broja ploča potvrđuje sterilnost.
- Dodatna ispitivanja za izgled, pH, sadržaj vode, otapanje i tvrdoću tableta za gotove proizvode.
Proizvođači NMN-a moraju se pridržavati trenutne dobre proizvodne prakse (cGMP) i standarda kvaliteta koje su postavila regulatorna tijela poput FDA u pogledu sigurnosti, djelotvornosti i čistoće.
Aplikacije i napredak u istraživanju
Metode proizvodnje NMN omogućile su velike istraživačke iskorake i potencijalne terapijske primjene:
- Studije suplementacije NMN na miševima pokazale su obećavajuće za liječenje gojaznosti, dijabetesa, kardiovaskularnog opadanja, neurodegenerativnih bolesti i naprednih intervencija protiv starenja. U toku su ispitivanja na ljudima.
- Razjašnjavanje puteva biološke sinteze NMN bacilo je svjetlo na NAD+ metabolizam i kako NAD+ prekursori utiču na zdravlje. Ovo može pomoći u usmjeravanju strategija liječenja.
- Isplativa hemijska sinteza učinila je NMN široko dostupnim istraživačima za kliničku i farmaceutsku primjenu.
- Napredak u enzimskoj biosintezi i proizvodnji mikroba može pružiti održivu, skalabilnu alternativu proizvodnje tradicionalnim hemijskim metodama
- Poboljšana stabilnost, biodostupnost i metode isporuke za sintetizovani NMN proširuju njegovu medicinsku korisnost.
Tekuće optimizacije proizvodnje NMN i novi uvid 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. Hemijske i enzimske laboratorijske sinteze omogućavaju proizvodnju velikih količina NMN za istraživanje, farmaceutsku upotrebu i suplemente. Rigorozna kontrola kvaliteta i napredak u proizvodnji osiguravaju da sintetizirani NMN ispunjava standarde čistoće i potencije za istraživanje svojih medicinskih obećanja. Razjašnjavanje i biološke i veštačke sinteze ovog esencijalnog molekula pruža okvir za optimizaciju i ciljanje njegovih anti-aging i terapeutskih efekata.
Botanical Cube Inc. je profesionalacNMN rasuti dobavljaču Kini, posvećena pružanju visokokvalitetnih proizvoda. Uz naše stroge mjere kontrole kvaliteta, možete vjerovati da je naš nikotinamid mononukleotidni prah u rasutom stanju najvišeg standarda. Ako želite više informacija ili želite naručiti, slobodno nas kontaktirajte nasales@botanicalcube.com.
Reference
1. Nikiforov A, Kulikova V, Ziegler M. Ljudski NAD metabolom: 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 sisara. Nat Commun. 2016;7:13103.
3. Zhang PS, Wang Y, Yasui Y, et al. NAMPT-posredovana NAD(+) biosinteza je neophodna 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 sisara. Krv. 2017;129(26):3581-3592.
5. Nikiforov A. Pouzdana i reproducibilna fosforamidatna sinteza nikotinamid mononukleotida. Tetrahedron Letters. 2003;44(36):6755-6757.
6. Sasaki Y. Chemical Synthesis of Nicotinamide Mononucleotide. Sci Rep. 2019;9(1):8388.
7. Zhao X, Qin M, Tian H, et al. Mikrobna proizvodnja NAD+ prekursora iz obnovljivih izvora ugljika. Bioresour Technol. 2018;267:2-9.