Nikotinamīda mononukleotīds, kas pazīstams arī kā NMN, ir kļuvusi par molekulu, kas rada lielu interesi, pateicoties tās kritiskajai lomai šūnu metabolismā un potenciālajam ieguvumam veselībai. Bet kā tiek ražots šis galvenais savienojums? Šis raksts sniegs padziļinātu apskatu par biosintētiskās un ķīmiskās sintēzes ceļiem NMN ģenerēšanai.
Nikotinamīda mononukleotīds jeb NMN ir B3 vitamīna pakārtots, kas pēdējā laikā ir ieguvis kritisku izpēti. Kā nikotīnamīda adenīna dinukleotīda (NAD+) priekštecis NMN ir būtisks enerģijas radīšanai, DNS fiksēšanai un citām neaizstājamām šūnu spējām. Uzlabošana ar NMN ir parādīta, lai palīdzētu NAD+ līmenim un var piedāvāt pretnovecošanās priekšrocības. Lai kā arī būtu, mūsu ķermeņi parasti ražo ierobežotus NMN mērījumus. Izpratne par to, kā NMN tiek biosintezēts dabā un kā to var sintētiski organizēt laboratorijā, sniedz būtisku pieredzi tā atjaunojošā potenciāla risināšanā.
Kas ir nikotīnamīda mononukleotīds (NMN)?
Nikotinamīda mononukleotīds ir nukleotīds, kas iegūts no ribozes un nikotinamīda. Tās vielu struktūra sastāv no fosfātu ķekara, ribozes cukura un nikotīnamīda daļas. NMN tiek uzskatīts par galveno NAD+ prekursoru, kas nozīmē, ka tas parasti tiek nekavējoties pilnībā pārveidots par NAD+, izmantojot enzīmu atbildes. NAD+ ir galvenais koenzīms, kas saistīts ar šūnu elpu un enerģijas gremošanu.
Pētījumi liecina, ka NMN papildināšana pelēm var paaugstināt NAD+ līmeni un sirtuīna aktivitāti, atkārtojot kaloriju ierobežojuma ietekmi. Tas ir radījis ievērojamu interesi par NMN kā pretnovecošanās kandidātu. Pētījumi ar cilvēkiem joprojām ir ierobežoti, taču liecina, ka NMN palielināšana var sniegt neiroprotektīvus un kardiovaskulārus ieguvumus, uzlabojot NAD+ statusu. Kā dabisks NAD+ prekursors, saprotot, kāNMNpulverisir sintezēts, sniedz ieskatu tās bioloģiskās ražošanas optimizēšanā.
Vai NMN ir sintētisks vai dabīgs?
Nikotinamīda mononukleotīds parasti ir atrodams katrā dzīvā šūnā, kur tas uzņemas būtisku daļu NAD+ biosintēzes ceļos. Neskatoties uz to, NMN daudzums, ko var iegūt no pārtikas avotiem, ir ārkārtīgi mazs. Ekonomiski piegādāts NMN ir sintētiski orķestrēts laboratorijās, lai to izmantotu pētījumos un uzlabojumos. Tātad, lai gan pati NMN ir dabiska molekula, koncentrētās struktūras, ko izmanto papildinājumiem, tiek izgatavotas sintētiski.
Nikotīnamīda mononukleotīda biosintēze
Bioloģiskās sistēmās NMN tiek ģenerēts, izmantojot dažādus enzīmu ceļus kā NAD + metabolisma iezīme. Šeit ir daļa no galvenajiem ceļiem:
- No nikotīnamīda ar nikotīnamīda fosforiboziltransferāzi (NAMPT): NAMPT katalizē fosfolipāzes apmaiņu no fosforibozilpirofosfāta (PRPP) uz nikotīnamīdu, veidojot NMN. Šī ir ātrumu ierobežojoša virzība uz NAD+ maisījumu.
- No nikotīnskābes mononukleotīda (NaMN) ar nikotīnamīda mononukleotīda adenililtransferāzi (NMNAT): NaMN tiek pilnībā pārslēgts uz NMN, izmantojot NMNAT, kas pārvieto adenilila ķekaru no ATP.
- No nikotīnamīda ribosīda (NR) ar nikotīnamīda ribosīda kināzēm (NRK): NR fosforilēšana ar NRK savienojumiem rada NMN. NR var iegūt, ēdot rutīnu vai mainīt no NAD+.
- No triptofāna pa de novo ceļu: triptofāns sadalās NAMN, ko pēc tam NMNAT enzīmi pārvērš par NMN.
Šie ceļi ļauj šūnām saglabātiesNMNun NAD+ līmeni pat liela metabolisma pieprasījuma vai DNS bojājumu laikā. Aknas ir īpaši bagātas ar NAMPT un NMN biosintēzes aktivitāti.
Nikotīnamīda mononukleotīda ķīmiskā sintēze
Lai gan šūnas var dabiski ražot NMN, ķīmiskā sintēze ir nepieciešama, lai radītu daudzumu, kas nepieciešams pētniecībai, farmaceitiskajiem līdzekļiem un uztura bagātinātājiem. Ir vairāki veidi, kā NMN var ķīmiski sintezēt laboratorijā:
- No nikotīnamīda un fosforibozilpirofosfāta sārmainos apstākļos. Tas atspoguļo biosintēzes ceļu, izmantojot NAMPT enzīmus, un ietver kondensācijas reakciju starp nikotīnamīdu un PRPP.
- Izmantojot fosforamidīta ķīmiju, ribozes fosfāts reaģē ar nikotīnamīdu, veidojot fosforamidīta starpproduktu, kas karsējot ciklizējas līdz NMN.
- Nikotīnamīda ribosīda (NR) fosforilēšana, izmantojot fosfātu donorus, piemēram, fosforskābi. NR kalpo kā prekursors nikotinamīda vietā.
- Enzīmu sintēze, izmantojot NRK enzīmus un ATP, lai fosforilētu NR. Tas seko biosintētiskajam ceļam no NR uz NMN.
- Inženierzinātņu E. coli baktēriju izmantošana NRK un NAMPT enzīmu pārmērīgai ekspresijai mikrobu ražošanai. Fermenti katalizē NMN sintēzi šūnās.
Ķīmiskās un fermentatīvās stratēģijas ļauj masveidā ražot NMN tādā tīrībā un daudzumos, kas ievērojami pārsniedz to, ko varētu iegūt no dabiskiem avotiem.
Kā tiek ražots nikotīnamīda mononukleotīds?
Rūpnieciskā mērogā nikotīnamīda mononukleotīdu galvenokārt ražo ķīmiskās sintēzes ceļā. Tas ietver:
- Nikotīnamīda ribosīda (NR) ķīmiskā sintezēšana, savienojot nikotīnamīda un ribozes savienojumus.
- NR fosforilēšana, izmantojot fosforskābi karstumā un kontrolētā pH, lai izveidotu NMN.
- Purifying the resulting NMN through ion exchange and solvent crystallization to achieve >98% tīrība.
- Attīrīta NMN liofilizēšana stabilā, koncentrētā baltā pulverī.
- Struktūras validācija, izmantojot tādas metodes kā KMR, HPLC un masas spektrometrija, lai apstiprinātu NMN identitāti.
- Palīgvielu, piemēram, silīcija dioksīda, iekļaušana lielapjoma NMN pulverī, lai uzlabotu stabilitāti.
- Izmērīto daudzumu iekapsulēšananikotīnamīda mononukleotīda pulveriskapsulās vai tabletēs galīgajām zāļu formām.
Standartizēti ražošanas protokoli ļauj efektīvi ražot lielas ķīmiski sintezētas NMN partijas, vienlaikus nodrošinot kvalitātes specifikāciju ievērošanu.
Farmaceitiskā ražošana un kvalitātes kontrole
Lai izmantotu farmācijā un uztura bagātinātājos, nikotīnamīda mononukleotīdam tiek veikta stingra kvalitātes kontroles pārbaude:
- Purity analysis using HPLC to quantify NMN content vs. related impurities like nicotinamide and ribose compounds. Typical acceptance criteria are>98% NMN tīrība.
- Optiskās rotācijas pārbaude apstiprina NMN enantiomēra identitāti un hirālo tīrību.
- Atlieku šķīdinātāja testēšana, izmantojot GC, nodrošina, ka sintēzes laikā izmantotie šķīdinātāja atlikumi paliek zem pieļaujamām robežām.
- Smago metālu testēšanas pārbaudes, lai noteiktu vides piesārņotāju pēdas.
- Mikrobu testēšana, piemēram, raugs, pelējums, E. coli, un kopējais plākšņu skaits pārbauda sterilitāti.
- Papildu pārbaudes attiecībā uz gatavo produktu izskatu, pH, ūdens saturu, šķīdību un tablešu cietību.
NMN ražotājiem ir jāievēro pašreizējā labas ražošanas prakse (cGMP) un kvalitātes standarti, ko noteikušas regulējošās iestādes, piemēram, FDA attiecībā uz drošību, efektivitāti un tīrību.
Lietojumprogrammas un pētniecības sasniegumi
NMN ražošanas metodes ir ļāvušas sasniegt lielus pētījumus un potenciālus terapeitiskus pielietojumus:
- NMN papildināšanas pētījumi ar pelēm ir pierādījuši solījumus aptaukošanās, diabēta, sirds un asinsvadu sistēmas pasliktināšanās, neirodeģeneratīvu slimību ārstēšanā un pretnovecošanās iejaukšanās veicināšanā. Pašlaik notiek cilvēku izmēģinājumi.
- NMN bioloģiskās sintēzes ceļu noskaidrošana ir atklājusi NAD+ metabolismu un to, kā NAD+ prekursori ietekmē veselību. Tas var palīdzēt vadīt ārstēšanas stratēģijas.
- Rentabla ķīmiskā sintēze ir padarījusi NMN plaši pieejamu pētniekiem klīniskiem un farmaceitiskajiem lietojumiem.
- Enzīmu biosintēzes un mikrobu ražošanas sasniegumi var nodrošināt ilgtspējīgas, mērogojamas ražošanas alternatīvas tradicionālajām ķīmiskajām metodēm.
- Uzlabota stabilitāte, biopieejamība un sintezētā NMN piegādes metodes paplašina tā medicīnisko lietderību.
Pašreizējā NMN ražošanas optimizācija un jaunais ieskats tās bioloģiskajās aktivitātēs ļaus labāk izmantot tā terapeitisko potenciālu.
Secinājums
Rezumējot, nikotīnamīda mononukleotīds organismā tiek biosintezēts, izmantojot sarežģītus fermentatīvos ceļus, kas ir daļa no NAD+ metabolisma. Ķīmiskās un fermentatīvās laboratorijas sintēzes ļauj ražot lielu daudzumu NMN pētniecībai, farmācijas vajadzībām un piedevām. Stingra kvalitātes kontrole un ražošanas sasniegumi nodrošina, ka sintezētais NMN atbilst tīrības un efektivitātes standartiem, lai izpētītu savu medicīnisko solījumu. Šīs būtiskās molekulas bioloģiskās un mākslīgās sintēzes noskaidrošana nodrošina pamatu tās pretnovecošanās un terapeitiskās iedarbības optimizēšanai un mērķēšanai.
Botanical Cube Inc ir profesionālisNMN beztaras piegādātājsĶīnā, kuras mērķis ir nodrošināt augstas kvalitātes produktus. Izmantojot mūsu stingros kvalitātes kontroles pasākumus, varat paļauties, ka mūsu nikotīnamīda mononukleotīda lielapjoma pulveris atbilst visaugstākajiem standartiem. Ja vēlaties iegūt vairāk informācijas vai veikt pasūtījumu, lūdzu, nevilcinieties sazināties ar mums pa e-pastusales@botanicalcube.com.
Atsauces
1. Nikiforov A, Kulikova V, Ziegler M. The Human NAD metabolome: Functions, metabolism and compartmentalization. Crit Rev Biochem Mol Biol. 2015;50(4):284-297.
2. Ratajczak J, Joffraud M, Trammell SAJ u.c. NRK1 kontrolē nikotīnamīda mononukleotīdu un nikotīnamīda ribosīda metabolismu zīdītāju šūnās. Nat Commun. 2016; 7:13103.
3. Zhang PS, Wang Y, Yasui Y u.c. NAMPT mediētā NAD(+) biosintēze ir neaizstājama redzes nodrošināšanai pelēm. Cell Rep. 2016;17(1):69-85.
4. Fletcher RS, Lavery GG, Stöger R u.c. Nikotinamīda mononukleotīda adenililtransferāze ir galvenais zīdītāju eritropoēzes regulators. Asinis. 2017; 129(26):3581-3592.
5. Nikiforovs A. Uzticama un reproducējama nikotīnamīda mononukleotīda fosforamidāta sintēze. Tetraedra burti. 2003;44(36):6755-6757.
6. Sasaki Y. Nikotīnamīda mononukleotīda ķīmiskā sintēze. Sci Rep. 2019;9(1):8388.
7. Zhao X, Qin M, Tian H u.c. NAD+ prekursoru mikrobu ražošana no atjaunojamiem oglekļa avotiem. Bioresour Technol. 2018;267:2-9.