NAD+ – Molekulare Funktion, metabolische Rolle und biochemische Mechanismen

Nicotinamidadenindinukleotid (NAD⁺ ) ist ein essenzieller Redox-Cofaktor, der in nahezu allen Lebewesen vorkommt. Er spielt eine zentrale Rolle im Energiestoffwechsel, der DNA-Reparatur, der epigenetischen Regulation sowie in zellulären Stress- und Alterungsprozessen. Der NAD⁺ - Spiegel sinkt mit zunehmendem Alter, chronischen Entzündungen, metabolischem Stress und vermehrten DNA-Schäden signifikant, was die Funktion von Mitochondrien und Zellkernen beeinträchtigt.

1. Molekulare Struktur und Kernfunktion

NAD⁺ besteht aus einem Nicotinamid und einem Adeninnukleotid, die durch eine Pyrophosphatbrücke verbunden sind .

Die definierende Reaktion ist der reversible Redoxübergang:

NAD⁺ + 2 e⁻ + H⁺ ⇌ NADH

Dies untermauert Folgendes:

• Glykolyse
• Zitronensäurezyklus
• β-Oxidation
• Elektronentransport / oxidative Phosphorylierung

Über 400 enzymatische Reaktionen benötigen NAD ⁺ oder NADH.

2. NAD⁺ - abhängige Enzymklassen

2.1 Dehydrogenasen

Katalysieren essentielle Redoxreaktionen im Stoffwechsel.

2.2 Sirtuine (SIRT1–7)

NAD⁺ - abhängige Deacetylasen/Deacylasen, die an Folgendem beteiligt sind:

• epigenetische Regulation
• mitochondriale Biogenese (über PGC-1 α )
• DNA-Reparatur (SIRT6, SIRT7)
• Stoffwechselhomöostase und Stressresistenz

Niedrige NAD⁺ -Konzentrationen beeinträchtigen die Sirtuin-Aktivität → beschleunigen Alterungsprozesse.

2.3 PARPs (Poly-ADP-Ribose-Polymerasen)

Schlüsselenzyme der DNA-Schadensantwort.
PARP1 kann NAD⁺ während oxidativem Stress schnell verbrauchen.

2.4 CD38 und CD157

Wichtige NAD⁺ - verbrauchende Enzyme; CD38 nimmt mit dem Alter und bei Entzündungen zu ( „ Inflammaging “ ).

3. Biosynthese und Recycling von NAD⁺

Drei Hauptwege erhalten den NAD⁺ - Spiegel aufrecht:

3.1 De-Novo-Weg (Tryptophan → Kynurenin)

Energieintensiv, trägt nur geringfügig zum gesamten NAD⁺ bei .

3.2 Preiss-Handler-Weg (Niacin → NAD ⁺ )

Verwendet Nikotinsäure als Substrat.

3.3 Salvage Pathway (Nikotinamid → NMN → NAD ⁺ )

Der dominante Signalweg in adulten Geweben.
Entscheidendes Enzym: NAMPT , dessen Aktivität mit zunehmendem Alter und metabolischem Stress abnimmt.

Vermindertes NAMPT → starker NAD ⁺- Abfall → beeinträchtigte ATP-Produktion und DNA-Reparatur.

4. Altersbedingter Rückgang des NAD⁺ - Spiegels (Biochemische Grundlage)

Mit zunehmendem Alter:

• ↑ CD38/CD157 → erhöhter NAD⁺ - Verbrauch
• ↑ DNA-Schädigung → PARP-Aktivierung → NAD⁺ - Verarmung
• ↓ NAMPT → beeinträchtigte Resynthese
• ↑ Mitochondriale ROS → weitere Abnahme

Folgen: Verminderte Sirtuin-Aktivität, gestörte mitochondriale Biogenese, verminderter Energiestoffwechsel, beschleunigte Alterung.

5. Auswirkungen oraler NAD⁺ - Vorstufen (NMN, NR)

NAD⁺ selbst ist membranundurchlässig; Vorstufen sind erforderlich:

• NR (Nicotinamidribosid)
• NMN (Nicotinamid-Mononukleotid)

Diese speisen sich direkt in den Verwertungsprozess ein.

Biochemische Effekte

5.1 Erhöhtes intrazelluläres NAD⁺

→ steigert die Aktivität von Sirtuinen, PARPs und Stoffwechselenzymen.

5.2 Sirtuin-Aktivierung

→ verbesserte mitochondriale Biogenese
→ verbesserter Glukose- und Fettstoffwechsel
→ erhöhte Stressresistenz

5.3 Verbesserte DNA-Reparatur

Über PARP1/2 und SIRT6.

5.4 Verbesserung des Stoffwechsels

→ erhöhte ATP-Produktion
→ verbesserte oxidative Phosphorylierung
→ bessere Insulinsensitivität in einigen Modellen

6. Evidenzgrundlage

Stoffwechsel & Energie

• ↑ Gewebe- NAD⁺
• ↑ Mitochondrienfunktion
• ↓ altersbedingter Stoffwechselrückgang

Gesundes Altern

• verbesserte genomische Stabilität
• neuroprotektive Wirkungen
• reduzierte Entzündungssignale

Kardiometabolische Gesundheit

• verbesserte Endothelfunktion
• verbesserte Gefäßwiderstandsfähigkeit

7. Zusammenfassung

NAD⁺ ist ein zentrales Molekül für die zelluläre Bioenergetik, die DNA-Reparatur und die epigenetische Regulation. Der altersbedingte Rückgang des NAD⁺ - Spiegels trägt wesentlich zu mitochondrialer Dysfunktion, Entzündungen und biologischer Alterung bei.

Die Supplementierung mit NAD⁺ - Vorstufen wie NMN oder NR stellt eine biochemisch gut etablierte Strategie zur Unterstützung der metabolischen Gesundheit, der zellulären Reparatur und der physiologischen Widerstandsfähigkeit dar.