Ein Dinukleotid ist eine Art von Molekül, das in lebenden Organismen vorkommt und aus zwei miteinander verbundenen Nukleotiden besteht. Einzelne Nukleotide sind die Untereinheiten, die Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA) bilden, Moleküle, die die genetische Information eines Organismus enthalten. Bestimmte Arten von Dinukleotiden wie Nicotinamid-Adenin-Dinukleotid (NAD+) spielen eine wichtige Rolle im Stoffwechsel.
Chemisch gesehen besteht ein Nukleotid aus mehreren Komponenten. Es muss eine molekulare Komponente enthalten, die als stickstoffhaltige Base bezeichnet wird, zusammen mit einem Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen. Diese beiden Komponenten werden zusammen als Nukleosid bezeichnet. Das Nukleotid muss auch eine Phosphatgruppe enthalten, die eine Ansammlung von Phosphor- und Sauerstoffatomen ist.
Die zwei Nukleotide, aus denen ein Dinukleotid besteht, können in unterschiedlichen Konfigurationen miteinander verbunden sein. Ein Teil der Zuckerkomponente an einem Nukleotid kann an die Phosphatgruppe des zweiten Nukleotids binden. Alternativ ist es möglich, dass die Phosphatgruppen der beiden Nukleotide miteinander verknüpft sind. NAD+ wird auf letztere Weise gebildet.
NAD+ ist ein wichtiges Dinukleotid, da es bei Stoffwechselreaktionen als Coenzym wirkt. Coenzyme binden an Proteine und ermöglichen ihnen ihre korrekte Funktion, indem sie chemische Reaktionen katalysieren. Die Hauptaufgabe von NAD+ besteht darin, Elektronen von einer Verbindung auf eine andere zu übertragen.
Wie andere Dinukleotide besteht NAD+ aus zwei Nukleotidstrukturen. Ein Nukleotid enthält eine stickstoffhaltige Base namens Adenin, die auch in DNA und RNA vorkommt. Die stickstoffhaltige Base des anderen Nukleotids ist Nicotinamid, auch bekannt als Niacin – ein B-Vitamin.
Bei Stoffwechselreaktionen nimmt NAD+ Elektronen von anderen chemischen Verbindungen auf. In diesem Fall wird das NAD+-Molekül reduziert oder verliert seine positive Ladung, indem es das negativ geladene Elektron gewinnt. Die modifizierte Verbindung heißt NADH. NADH kann dann anderen Verbindungen ein Elektron beisteuern und als Reduktionsmittel wirken. Wenn es ein Elektron abgibt, wird es oxidiert und verwandelt sich wieder in NAD+.
Da sich NADH leicht in NAD+ umwandeln kann und umgekehrt, existieren die beiden Verbindungen in diesen Oxidations- und Reduktions- oder Redoxreaktionen in einem ausgewogenen Verhältnis. Sie können Elektronen tragen, ohne dabei verbraucht oder dauerhaft verändert zu werden. Es ist jedoch möglich, dass das Dinukleotid NAD+ in anderen nicht-metabolischen Reaktionstypen verbraucht wird. In seiner Rolle bei der Modifikation von Proteinen wird beispielsweise NAD+ verbraucht. Dieser Konsum erfordert die Synthese von neuem NAD+ und die Aufnahme von Bestandteilen von NAD+ in Form von Niacin oder Vitamin B3.