標籤:醇脫氫酶乙醇脫氫酶酒精分解

乙醇脫氫酶,大量存在於人和動物肝臟、植物及微生物細胞之中作為生物體內主要短鏈醇代謝的關鍵酶,它在很多生理過程中起著重要作用。,是一種含鋅金屬酶,具有廣泛的底物特異性。

1簡介

乙醇脫氫酶

  乙醇脫氫酶

乙醇脫氫酶(Alcohol dehydrogenase,簡稱ADH)的系統名為:乙醇:輔酶I氧化還原酶(alcohol:NAD+ oxidoreductase),大量存在於人和動物肝臟、植物及微生物細胞之中,是一種含鋅金屬酶,具有廣泛的底物特異性。乙醇脫氫酶夠以煙醯胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)為輔酶,催化伯醇和醛之間的可逆反應:CH3CH2OH+ NAD+→ CH3CHO +NADH+ H+。在人和哺乳動物體內,乙醇脫氫酶與乙醛脫氫酶(ALDH)構成了乙醇脫氫酶系,參與體內乙醇代謝,是人和動物體內重要的代謝酶。作為生物體內主要短鏈醇代謝的關鍵酶,它在很多生理過程中起著重要作用。它是一種廣泛專一性的含鋅金屬酶。乙醇脫氫酶乙醇氧化體系是在肝臟中代謝酒精的一條主要途徑。乙醇脫氫酶氧化體系包括醇脫氫酶(ADH)和醛脫氫酶(ALDH)。

2演化發現

2.2發現
首次分離出乙醇脫氫酶(ADH)是在1937年,是從釀酒酵母(麵包酵母)中純化得到的。Hugo Theorell和他的同事研究了馬肝臟中乙醇脫氫酶催化機理的很多方面。乙醇脫氫酶還是首先測定了氨基酸序列以及蛋白質三維結構的寡聚酶之一。在1960年初,在果蠅屬果蠅中也發現了乙醇脫氫酶。

3性質

乙醇脫氫酶是一個質量為80kDa的二聚體,包括一組同工酶,這些同工酶都能夠將乙醇轉化為乙醛。在哺乳動物中,這是一個涉及輔酶煙醯胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)的氧化還原反應。乙醇脫氫酶負責催化氧化伯醇和二級醇成為醛和酮,另外也可以影響它們的逆反應。但是對於伯醇,這種催化作用並不強,而在二級醇和環醇中催化作用較強。乙醇脫氫酶的最適作用pH值在7.0-10.0,pH值為8.0時酶活力達到最大,pH值為7.0時酶活力較為穩定;ADH的最適作用溫度為37℃,溫度為30-40℃時酶活力較穩定,溫度超過45℃后酶活力急劇下降。

4乙醇氧化

亞基
底物與鋅和乙醇脫氫酶配位,每個亞基有兩個鋅原子。其中一個是參與催化的活性位點,配體是Cys-46, Cys-174,His-67和一個水分子。 另一亞基則涉及結構。在這種機制下,氫化物從乙醇到達NAD +。晶體結構表明,His-51去掉了煙醯胺核糖的質子,而正是煙醯胺核糖去掉了Ser-48的質子。最後,Ser- 48使乙醇去質子化,使之成為乙醛。從機械的角度來看,如果酶結合了氫化物到達NAD +的Re面時,產生的氫氣將被納入pro-R位置。當氫化酶添加在Re面時,被視為A類脫氫酶。
人體內
在人類中,乙醇脫氫酶以多種二聚體的形式催在,由至少7種不同的基因編碼。乙醇脫氫酶一共具有五個類別(Class I-V),但在人的胃肝臟中存在的主要是Class I。它催化乙醇乙醛氧化作用為:CH3CH2OH+ NAD+ → CH3CHO + NADH + H+。這使得人類可以飲用含酒精的飲品,但最初其進化的目的可能是為了分解食物或者細菌在消化道中產生的醇類。還有一些人認為,其進化的目的是參與維生素的新陳代謝過程,由於乙醇的卡路里幾乎為零,也許能夠提供少量的純凈的能量。乙醇脫氫酶也參與了其他類型醇的反應:例如,它氧化甲醇生產甲醛和乙二醇 ,最終生成乙醇酸和草酸。人類至少有六種略有不同的乙醇脫氫酶。 每個都是一個二聚體,每兩個二聚體含有兩個二價鋅離子。其中一個離子是酶與底物結合必不可少的。
乙醇脫氫酶的活性因人而異。比如年輕女性就不能夠像青年男子那樣快速地分解酒精,因為她們體內的乙醇脫氫酶活性不如他們體內的活性高。不過,這種情況在中年之後會出現逆轉。當然,並不只有表達水平能影響乙醇脫氫酶的活性,同樣取決於不同人的等位基因多樣性。這些等位基因的差異性與地域有關,比如,已有的研究表明,在歐洲具有高表達活性乙醇脫氫酶基因的人數遠多餘亞洲以及美洲。這可能與關聯進化有關,簡單地說由於歐洲人大多大量飲用酒精度較高的烈酒,就會自然選擇那些具有高表達活性乙醇脫氫酶基因的人。
含鐵酶
與上述兩類乙醇脫氫酶無關,還有第三類乙醇脫氫酶是含有鐵離子的,它們作用不十分明顯,主要存在於某些細菌和酵母中。相對於上述兩種酶,這類酶大多對氧敏感。
疾病診斷
人體內ADH主要在肝臟生成,所以肝臟疾患可能與血清ADH活性相關。用分光光度法測定血清中ADH的活性並結合臨床探討該項指標在肝臟疾病的診斷上有重要意義。通過實驗測定血清ADH活性,從而反應出肝臟功能正常與否。通過對肝臟病人血清中ADH的測定表明,結果均顯著高於健康人參考值。
催化劑
在化學工業中,利用ADH的催化特性生產許多原材料及中間反應物。在二氧化碳轉化合成甲醇的過程中,ADH就發揮了酶的催化作用。為實現CO2向甲醇的轉化,研究者曾嘗試了多種方法,其中酶催化法以其高效、專一及反應條件溫和等優點,近些年來備受關注,在CO2的固定和還原反應中已有應用。許松偉等採用甲酸脫氫酶、甲醛脫氫酶和ADH為催化劑,以NADH作為電子供體,通過三步串連反應將CO2轉化為甲醇,探索出了CO2利用的新途徑。

5臨床意義

藥物依賴
藥物依賴是關於乙醇脫氫酶的另一個問題,研究人員認為這可能與酗酒有關。一個特別的研究表明,藥物依賴與7個乙醇脫氫酶的相關基因有關。這些結果可能有助於有針對性的治療這些特定的基因。然而,這還有待於更多的深入研究。
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