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ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド (nicotinamide adenine dinucleotide) とは、全ての真核生物と多くの古細菌、真正細菌で用いられる電子伝達体である。さまざまな脱水素酵素の補酵素として機能し、酸化型 (NAD⁺) および還元型 (NADH) の2つの状態を取り得る。二電子還元を受けるが、中間型は生じない。略号であるNAD⁺(あるいはNADでも同じ)のほうが論文や口頭でも良く使用されており、この場合は『なっど』と呼称する。還元型のNADHは『などえいち』となる。

かつては、ジホスホピリジンヌクレオチド (DPN)、補酵素I、コエンザイムI、コデヒドロゲナーゼIなどと呼ばれていたが、NAD⁺に統一されている。別名、ニコチン酸アミドアデニンジヌクレオチドなど。

◆NAD⁺の構造や諸特性

NAD⁺はニコチンアミドヌクレオチドおよびアデノシンからなる物質であり、ヌクレオチドの5'がそれぞれリン酸結合によって結合している構造を取る。アデノシンの2'には-OH基が付属しており、これがリン酸基に置換されると、NADP⁺となる。

酸化還元反応に関与しているのは、ニコチンアミドであり、酸化型および還元型の構造は図の通りである。(還元型は4位の炭素に立体特異性がみられる。)

ヌクレオチドが基本骨格となるために、DNAの光吸収極大域である波長260nmの紫外線を良く吸収する。また、波長340nmの紫外線をNADHのみが良く吸収し、NAD+ ⇔ NADHの変化は波長340nmあるいは339nmの吸光度の測定によって容易に調べることができる。脱水素酵素活性測定にはこの方法が良く用いられている。

NAD⁺およびNADHの二電子酸化還元反応については以下の通りである。

・NAD⁺ + 還元物質 (2e^- + 2H⁺) ⇔ NADH + H⁺ + 酸化物質

NADHのニコチン酸アミドの還元状態では一見、水素原子(1電子+1つのプロトン)が1つだけ付加されたように見えるが、ニコチン酸アミドのN⁺が電子によって還元されるために、結果として2つの水素原子を運搬しているのと同じ状態となる。

酸化還元電位 (E_o') は-0.32Vである。

◆NAD⁺およびNADHの生理学的意義

NAD⁺は生物のおもな酸化還元反応の多くにおいて必須成分(補酵素)であり、好気呼吸(酸化的リン酸化)の中心的な役割を担う。解糖系およびクエン酸回路より糖あるいは脂肪酸の酸化によって還元物質NADHが得られる。還元物質NADHを生産する好気呼吸反応系は以下の通りである。なお、酸化物質および還元物質を太字で表記する。

・グリセルアルデヒド3リン酸 + NAD⁺ → 1,3-ジホスホグリセリン酸 + NADH (グリセルアルデヒド3リン酸脱水素酵素、EC 1.2.1.12)

・ピルビン酸 + SH-CoA + NAD⁺ → アセチルCoA + NADH + CO₂ (ピルビン酸脱水素酵素複合体、EC 1.2.4.1))

・イソクエン酸 + NAD⁺ → α-ケトグルタル酸 + NADH + CO₂(イソクエン酸脱水素酵素、EC 1.1.1.41)

・α-ケトグルタル酸 + NAD⁺ + SH-CoA → スクシニルCoA + NADH + CO₂(α-ケトグルタル酸脱水素酵素、EC 1.2.4.2.)

・リンゴ酸 + NAD⁺ → オキサロ酢酸 + NADH(リンゴ酸脱水素酵素、EC 1.1.1.37)

なお、嫌気呼吸時はグリセルアルデヒド3リン酸脱水素酵素の関与する反応系でのみNADHが発生する。NADHの好気呼吸時における酸化経路については以下の通りである。

・NADH → NAD⁺ + H⁺ + 2e^-(プロトン濃度勾配形成)

嫌気呼吸時の酸化経路は以下の通りである。

・ピルビン酸 + NADH → 乳酸 + NAD⁺(乳酸脱水素酵素、EC 1.1.1.27)

・アセトアルデヒド + NADH → エタノール + NAD⁺(アルコール脱水素酵素、EC 1.1.1.1.)

・ジヒドロキシアセトンリン酸 + NADH → グリセロール3リン酸 + NAD⁺(グリセロール3リン酸脱水素酵素、EC 1.1.1.8)

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