nicotina
Alcaloide, il più importante del tabacco, C10H14N2; liquido oleoso, incolore, di sapore bruciante, che imbrunisce all’aria. È una base forte, velenosa, otticamente attiva, levogira, facilmente solubile in acqua e nei solventi organici. La sua formula di struttura, proposta da A.P. Pinner, risulta dall’unione di un nucleo pirrolico con uno di N-metilpirrolidina:
Nelle foglie dei tabacchi coltivati la n. è presente sotto forma di sale dell’acido malico, citrico ecc., e la sua percentuale varia dallo 0,7 al 4%, a seconda della varietà. Si usa (per lo più sotto forma di soluzione di solfato di n.) come insetticida in agricoltura e come antiparassitario, per uso esterno, di animali superiori. La n. è un importante sottoprodotto della lavorazione del tabacco; di solito si estrae dagli scarti della lavorazione (gambi, polveri ecc.) i quali, addizionati di una soluzione, sono sottoposti a distillazione in corrente di vapore; il distillato viene neutralizzato con acido solforico e concentrato per dare la soluzione di solfato di n. del commercio (che di solito è al 40%). Si può anche fare l’estrazione con solventi organici (etere ecc.), dai quali poi la n. viene separata per aggiunta di acido solforico.
L’acido nicotinico (o β-piridincarbossilico), derivato carbossilico della piridina, formula
si ottiene per ossidazione della n. o di derivati alchilici (in posizione β) della piridina. Cristallizza in aghi incolori di sapore acido, che fondono a 236 °C. Il suo sale di calcio, in presenza di soda, forma piridina. Ha proprietà anfotere e forma sali con le basi e con gli acidi (acido picrico, cloridrico, bromidrico ecc.). Nella forma di nicotinammide è presente in tutte le cellule procariote ed eucariote come costituente dei coenzimi piridinici NAD e NADP. Oltre alla quota introdotta con gli alimenti, esso si origina, nei Mammiferi (gatto escluso), dalla degradazione del triptofano, anche se è immediatamente trasformato in mononucleotide dell’acido nicotinico per reazione con il fosforibosilpirofosfato e quindi utilizzato per la sintesi di NAD e NADP. Può derivare anche dalla degradazione degli stessi NAD e NADP.
L’acido nicotinurico, prodotto del metabolismo dell’acido nicotinico, risulta dall’unione dell’acido nicotinico con la glicina.
La nicotinammide (o niacinammide) è l’ammide dell’acido nicotinico, con il quale è largamente diffusa nei tessuti animali e vegetali; esercita azione vitaminica, antipellagrosa. Di formula
cristallizza in aghi incolori, che fondono a 129 °C. Si prepara facendo reagire cloruro di tionile con l’acido nicotinico e trattando il prodotto con ammoniaca, oppure per disidratazione del sale di ammonio dell’acido nicotinico. È un componente dei coenzimi piridinici (o nicotinici o nicotinammidici) nicotinammideadenindinucleotide e nicotinammideadenindinucleotidefosfato, che sono due fra i più importanti coenzimi coinvolti nella maggior parte delle reazioni di ossidoriduzione. Poiché né le cellule animali né quelle vegetali sono in grado di sintetizzare la nicotinammide a partire da acido nicotinico, la sua unica fonte possibile è costituita dalla degradazione enzimatica dei due coenzimi piridinici catalizzata dalla nicotinammideadenindinucleotide glicoidrolasi.
Il nicotinammideadenindinucleotide è presente in tutte le cellule sia procariote sia eucariote e può esistere in due stati differenti, uno ossidato (NAD) e l’altro ridotto (NADH). La fondamentale funzione biologica del NAD è quella di essere un trasportatore di idrogeno e un accettore di elettroni nelle reazioni enzimatiche ossidoriduttive. Il nicotinammideadenindinucleotide è costituito da un residuo di nicotinammide legato con un legame N-β-glicosidico a una molecola di ribosio, a sua volta esterificato dal gruppo fosforico terminale dell’ADP: formula
Nello schema è riportata la struttura del nicotinammideadenindinucleotide in forma ossidata, a volte indicata anche con la sigla NAD+, come giustificato dalla presenza della carica positiva dell’azoto dell’anello nicotinammidico. Questa porzione della molecola del NAD, durante l’ossidazione di un substrato, riceve uno ione idrogeno e due elettroni, che corrispondono a uno ione idruro, dando origine alla forma ridotta, indicata come NADH: formula
dove con R è indicata la porzione di nicotinammideadenindinucleotide che non subisce modificazioni. La forma ridotta possiede stabilità minore in quanto non presenta più forme di risonanza. Di conseguenza, lo ione idruro aggiunto è facilmente trasferibile ad altre molecole. Il NAD funge da coenzima in numerosi processi ossidoriduttivi catalizzati da specifiche deidrogenasi, secondo lo schema generale: formula
I processi metabolici cellulari nei quali il nicotinammideadenindinucleotide ossidato funge da accettore di elettroni sono quelli del catabolismo, nei quali esso garantisce l’ossidazione di molecole in modo controllato, cosicché l’energia associata al processo ossidoriduttivo, immagazzinata in specifici metaboliti, possa essere utilizzata dalla cellula in modo opportuno. Nelle ossidoriduzioni cataboliche, come quelle della glicolisi o della β-ossidazione degli acidi grassi (➔ lipidi) si ha così la riduzione del NAD a NADH che deve essere successivamente riossidato. Ciò avviene soprattutto durante la fosforilazione ossidativa per mezzo della catena di trasporto degli elettroni accoppiata alla produzione di ATP. Quindi, il nicotinammideadenindinucleotide assume un ruolo fondamentale anche nel metabolismo energetico. Una quota minima di NADH può essere riconvertita a NAD anche in altri cicli biologici (gluconeogenesi). Le concentrazioni allo stato stazionario delle due forme di nicotinammideadenindinucleotide sono regolate dalle interazioni esistenti fra mitocondri e citoplasma e dagli equilibri delle varie reazioni ossidoriduttive. Nel citoplasma il rapporto [NAD] / [NADH] è nettamente in favore della forma ossidata, mentre nella matrice mitocondriale questo rapporto ha un valore molto più basso. Il NAD può essere degradato per azione sia della citoplasmatico NAD-glicoidrolasi che della poliadenosinadifosfatoribosilasi che scinde il legame N-β-glicosidico producendo nicotina e ADP-ribosio. La forma fosforilata del NAD è il nicotinammideadenindinucleotidefosfato con le sue due forme, una ossidata (NADP) e l’altra ridotta (NADPH). È un trasportatore di ioni idrogeno ed elettroni soprattutto nelle reazioni di biosintesi riduttive. La struttura del nicotinammideadenindinucleotidefosfato è la stessa di quella del NAD, con l’aggiunta di un residuo di acido fosforico che esterifica il gruppo ossidrile in posizione 2′ del ribosio legato alla base purinica. È sintetizzato a partire dal NAD per azione della NAD-ATP fosfotransferasi. Il gruppo fosforico del NADP è un segnale di riconoscimento della molecola da parte delle deidrogenasi, che sono in tal modo in grado di distinguerlo dal NAD. La distinzione tra NAD e NADP ha un elevato significato biologico in quanto essi sono utilizzati in processi biochimici differenti, sebbene lo schema delle reazioni in cui sono coinvolti sia uguale:
[1] formula[2]
Il nicotinammideadenindinucleotidefosfato nella sua forma ridotta è utilizzato in quasi tutte le reazioni di biosintesi riduttive: infatti, il NADPH fornisce i suoi ioni idruro nelle reazioni di sintesi degli acidi grassi, degli amminoacidi e dei nucleotidi. Il NADPH è prodotto nelle ossidoriduzioni della via dei pentosofosfati, dove viene utilizzato in NADP come agente ossidante. Il rapporto I[NADP] / [NADPH] nel citoplasma è inferiore all’unità, circa 10.000 volte più basso del rapporto [NAD] // [NADH]. Il motivo di questa elevata differenza dipende in gran parte dalla fuoriuscita continua di potere riducente (NADPH) dal mitocondrio al citoplasma, mediante sistemi di trasporto associati a reazioni capaci di generare NADPH extramitocondriale. Tra questi, gli enzimi citoplasmatici malicodeidrogenasi e isocitratodeidrogenasi che, attraverso due reazioni simili, riducono il NADP.