Nikotinamid mononukleotid, også kjent som NMN, har dukket opp som et molekyl av stor interesse på grunn av dets kritiske roller i cellulær metabolisme og potensielle helsefordeler. Men hvordan produseres denne nøkkelforbindelsen? Denne artikkelen vil gi en grundig titt på biosyntetiske og kjemiske synteseveier for å generere NMN.
Nikotinamidmononukleotid, eller NMN, er en underordnet vitamin B3 som har fått kritiske letevurderinger i det siste. Som en forløper til nikotinamid-adenindinukleotid (NAD+), er NMN grunnleggende for energiskaping, DNA-fiks og andre uunnværlige celleevner. Forbedring med NMN har blitt vist for å hjelpe NAD+ nivåer og kan tilby antialdringsfordeler. Uansett, kroppene våre produserer bare begrensede mål av NMN normalt. Å forstå hvordan NMN biosyntetiseres i naturen og kan orkestreres syntetisk i laboratoriet gir viktige erfaringer med å takle dets gjenopprettende potensial.
Hva er nikotinamidmononukleotid (NMN)?
Nikotinamidmononukleotid er et nukleotid avledet fra ribose og nikotinamid. Stoffstrukturen består av en fosfatgruppe, ribosesukker og nikotinamiddel. NMN blir sett på som en nøkkel NAD+-forløper, noe som betyr at den har en tendens til å bli raskt endret fullstendig til NAD+ gjennom enzymatiske responser. NAD+ er et grunnleggende koenzym assosiert med cellepust og energifordøyelse.
Forskning viser at NMN-tilskudd hos mus kan øke NAD+-nivåer og sirtuin-aktivitet, og replikere effekten av kalorirestriksjon. Dette har skapt betydelig interesse for NMN som en antialdringskandidat. Menneskelige forsøk er fortsatt begrenset, men antyder at en økning av NMN kan tilby nevrobeskyttende og kardiovaskulære fordeler ved å forbedre NAD+-status. Som en naturlig NAD+ forløper, forstå hvordanNMNpulverer syntetisert gir innsikt i å optimalisere bioproduksjonen.
Er NMN syntetisk eller naturlig?
Nikotinamidmononukleotid finnes normalt i hver eneste levende celle, hvor det tar en viktig del i NAD+ biosynteseveier. Til tross for det er mengden NMN som kan erverves gjennom matkilder ekstremt lav. Økonomisk levert NMN er syntetisk orkestrert i laboratorier for bruk i forskningsstudier og forbedringer. Så mens NMN i seg selv er et naturlig molekyl, er de konsentrerte strukturene som brukes til tilskudd syntetisk laget.
Biosyntese av nikotinamidmononukleotid
I biologiske systemer genereres NMN gjennom forskjellige enzymatiske veier som et trekk ved NAD+ metabolisme. Her er en del av nøkkelveiene:
- Fra nikotinamid med nikotinamidfosforibosyltransferase (NAMPT): NAMPT katalyserer utvekslingen av fosfolipase fra fosforibosylpyrofosfat (PRPP) til nikotinamid, og former NMN. Dette er et hastighetsbegrensende trekk mot NAD+-blandingen.
- Fra nikotinsyremononukleotid (NaMN) med nikotinamidmononukleotidadenylyltransferase (NMNAT): NaMN byttes fullstendig over til NMN ved hjelp av NMNAT, som flytter en adenylylgjeng fra ATP.
- Fra nikotinamid ribosid (NR) av nikotinamid ribosid kinaser (NRKs): Fosforylering av NR av NRK forbindelser produserer NMN. NR kan erverves gjennom spiserutinen eller endres fra NAD+.
- Fra tryptofan via de novo-veien: Tryptofan brytes ned til NAMN, som deretter omdannes til NMN av NMNAT-enzymer.
Disse banene lar celler opprettholdeNMNog NAD+-nivåer selv i tider med høy metabolsk etterspørsel eller DNA-skade. Leveren er spesielt rik på NAMPT og NMN biosynteseaktivitet.
Kjemisk syntese av nikotinamidmononukleotid
Mens celler kan produsere NMN naturlig, er kjemisk syntese nødvendig for å generere mengdene som kreves for forskning, legemidler og kosttilskudd. Det er flere måter NMN kan syntetiseres kjemisk på i laboratoriet:
- Fra nikotinamid og fosforibosylpyrofosfat under alkaliske forhold. Dette gjenspeiler den biosyntetiske banen ved bruk av NAMPT-enzymer og involverer en kondensasjonsreaksjon mellom nikotinamid og PRPP.
- Ved å bruke fosforamidittkjemi reagerer ribosefosfat med nikotinamid for å danne et fosforamidittmellomprodukt som sykliserer til NMN når det varmes opp.
- Fosforylering av nikotinamidribosid (NR) ved bruk av fosfatgivere som fosforsyre. NR fungerer som forløperen i stedet for nikotinamid.
- Enzymatisk syntese ved bruk av NRK-enzymer og ATP for å fosforylere NR. Dette følger den biosyntetiske veien fra NR til NMN.
- Bruke konstruerte E. coli-bakterier for å overuttrykke NRK- og NAMPT-enzymer for mikrobiell produksjon. Enzymene katalyserer NMN-syntese inne i cellene.
Kjemiske og enzymatiske strategier gjør at NMN kan masseproduseres i renheter og mengder som langt overstiger det som kan utvinnes fra naturlige kilder.
Hvordan produseres nikotinamidmononukleotid?
I industriell skala produseres nikotinamidmononukleotid primært gjennom kjemiske synteseveier. Dette innebærer:
- Kjemisk syntetisering av nikotinamid ribosid (NR) via kobling av nikotinamid og riboseforbindelser.
- Fosforylering av NR ved bruk av fosforsyre under varme og kontrollert pH for å danne NMN.
- Purifying the resulting NMN through ion exchange and solvent crystallization to achieve >98% renhet.
- Lyofilisering av renset NMN til et stabilt, konsentrert hvitt pulver.
- Strukturell validering ved hjelp av teknikker som NMR, HPLC og massespektrometri for å bekrefte NMN-identitet.
- Innlemming av hjelpestoffer som silika i bulk NMN-pulver for forbedret stabilitet.
- Innkapsling av målte mengder avnikotinamidmononukleotidpulveri kapsler eller tabletter for endelige doseringsformer.
Standardiserte produksjonsprotokoller gjør at store partier av kjemisk syntetisert NMN kan produseres effektivt samtidig som kvalitetsspesifikasjonene oppfylles.
Farmasøytisk produksjon og kvalitetskontroll
For bruk i legemidler og kosttilskudd gjennomgår nikotinamidmononukleotid streng kvalitetskontrolltesting:
- Purity analysis using HPLC to quantify NMN content vs. related impurities like nicotinamide and ribose compounds. Typical acceptance criteria are>98 % NMN-renhet.
- Optisk rotasjonstesting bekrefter identiteten og den kirale renheten til NMN-enantiomeren.
- Testing av gjenværende løsemiddel via GC sikrer at løsemiddelrester som brukes under syntese forblir under akseptable grenser.
- Tungmetalltesting sjekker for spor av miljøforurensninger.
- Mikrobiell testing som gjær, mugg, E. coli og totalt antall tallerkener bekrefter sterilitet.
- Ytterligere testing for utseende, pH, vanninnhold, oppløsning og tabletthardhet for ferdige produkter.
NMN-produsenter må overholde gjeldende Good Manufacturing Practices (cGMPs) og kvalitetsstandarder satt av regulerende organer som FDA angående sikkerhet, effekt og renhet.
Søknader og forskningsfremskritt
NMN produksjonsmetoder har muliggjort store forskningsfremskritt og potensielle terapeutiske anvendelser:
- NMN-tilskuddsstudier på mus har vist lovende for behandling av fedme, diabetes, kardiovaskulær nedgang, nevrodegenerative sykdommer og fremme anti-aldringsintervensjoner. Menneskelige prøvelser er i gang.
- Å belyse NMNs biologiske synteseveier har kastet lys over NAD+ metabolisme og hvordan NAD+ forløpere påvirker helsen. Dette kan være med på å veilede behandlingsstrategier.
– Kostnadseffektiv kjemisk syntese har gjort NMN allment tilgjengelig for forskere for kliniske og farmasøytiske anvendelser.
- Fremskritt innen enzymatisk biosyntese og mikrobiell produksjon kan gi bærekraftige, skalerbare produksjonsalternativer til tradisjonelle kjemiske metoder
- Forbedret stabilitet, biotilgjengelighet og leveringsmetoder for syntetisert NMN utvider den medisinske nytten.
Pågående optimaliseringer av NMN-produksjon og nye innsikter i dets biologiske aktiviteter vil muliggjøre bedre utnyttelse av dets terapeutiske potensial.
Konklusjon
Oppsummert blir nikotinamidmononukleotid biosyntetisert i kroppen gjennom komplekse enzymatiske veier som en del av NAD+ metabolisme. Kjemiske og enzymatiske laboratoriesynteser gjør det mulig å produsere store mengder NMN for forskning, farmasøytisk bruk og kosttilskudd. Streng kvalitetskontroll og produksjonsfremskritt sikrer at syntetisert NMN oppfyller standarder for renhet og styrke for å utforske dets medisinske løfte. Å belyse både den biologiske og kunstige syntesen av dette essensielle molekylet gir et rammeverk for å optimalisere og målrette dets antialdrings- og terapeutiske effekter.
Botanical Cube Inc. er en profesjonellNMN bulkleverandøri Kina, dedikert til å tilby produkter av høy kvalitet. Med våre strenge kvalitetskontrolltiltak kan du stole på at vårt nikotinamidmononukleotid-bulkpulver er av høyeste standard. Hvis du ønsker mer informasjon eller ønsker å bestille, ikke nøl med å kontakte oss påsales@botanicalcube.com.
Referanser
1. Nikiforov A, Kulikova V, Ziegler M. Det humane NAD-metabolomet: funksjoner, metabolisme og kompartmentalisering. Crit Rev Biochem Mol Biol. 2015;50(4):284-297.
2. Ratajczak J, Joffraud M, Trammell SAJ, et al. NRK1 kontrollerer metabolismen av nikotinamidmononukleotid og nikotinamidribosid i pattedyrceller. Nat Commun. 2016;7:13103.
3. Zhang PS, Wang Y, Yasui Y, et al. NAMPT-mediert NAD(+)-biosyntese er uunnværlig for syn hos mus. Cell Rep. 2016;17(1):69-85.
4. Fletcher RS, Lavery GG, Stöger R, et al. Nikotinamidmononukleotidadenylyltransferase er en nøkkelregulator av pattedyrerytropoese. Blod. 2017;129(26):3581-3592.
5. Nikiforov A. En pålitelig og reproduserbar fosforamidatsyntese av nikotinamidmononukleotid. Tetraederbokstaver. 2003;44(36):6755-6757.
6. Sasaki Y. Kjemisk syntese av nikotinamidmononukleotid. Sci Rep. 2019;9(1):8388.
7. Zhao X, Qin M, Tian H, et al. Mikrobiell produksjon av NAD+-forløpere fra fornybare karbonkilder. Bioresour Technol. 2018;267:2-9.