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乙醇脫氫酶
一種含鋅金屬酶
乙醇脫氫酶，大量存在于人和動物肝臟、植物及微生物細胞之中，作為生物體內(nèi)主要短鏈醇代謝的關(guān)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。
基本信息
| 中文名 | 乙醇脫氫酶 |
| 外文名 | Alcohol dehydrogenase |
| 簡稱 | ADH |
| 說明 | 含鋅金屬酶 |
| 性質(zhì) | 具有廣泛的底物特異性 |
簡介
乙醇脫氫酶
演化發(fā)現(xiàn)
演化
生物遺傳的許多證據(jù)表明，谷胱甘肽甲醛脫氫酶與ADH3一樣，可能是整個乙醇脫氫酶家族的祖先。早在進化時，有效消除內(nèi)源性和外源性甲醛的方法就很重要，并且這種能力已經(jīng)通過時間保留在了ADH3中。由于基因的一系列突變，ADH3的重復(fù)基因演變?yōu)槠渌囊掖济摎涿?。?jù)認為，在酵母中發(fā)現(xiàn)了將糖類轉(zhuǎn)化為酒精的的能力，酵母細胞可以通過產(chǎn)生高濃度的酒精，使其他生物體中毒，以有效地消除它們的競爭。由于腐爛的水果可以包含超過4%的乙醇，動物吃水果需要一個系統(tǒng)來代謝外源乙醇。這可以解釋為什么其他物種比酵母更需要乙醇脫氫酶ADH。
性質(zhì)
乙醇脫氫酶是一個質(zhì)量為80kDa的二聚體，包括一組同工酶，這些同工酶都能夠?qū)⒁掖嫁D(zhuǎn)化為乙醛。在哺乳動物中，這是一個涉及輔酶煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）的氧化還原反應(yīng)。乙醇脫氫酶負責(zé)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(yīng)。但是對于伯醇，這種催化作用并不強，而在二級醇和環(huán)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(wěn)定；ADH的最適作用溫度為37℃，溫度為30-40℃時酶活力較穩(wěn)定，溫度超過45℃后酶活力急劇下降。
乙醇氧化
活性部位
活性中心由一個鋅原子，His-67， Cys-174，Cys-46，Ser-48，His-51，Ile-269，Val-292，Ala-317和Phe-319構(gòu)成。鋅負責(zé)結(jié)合底物酒精。Cys-146，Cys-174和His-67結(jié)合鋅，Phe-319，Ala-317，His-51，Ile-269和Val-292通過氫鍵與NAD+穩(wěn)定結(jié)合。His-51和Ile-269與煙酰胺與核糖醇形成氫鍵結(jié)合。Phe-319，Ala-317和Val-292與NAD+上的氨基形成氫鍵。關(guān)于結(jié)構(gòu)鋅的位點，哺乳動物的乙醇脫氫酶也有結(jié)構(gòu)鋅位點。在這里鋅離子對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定起到至關(guān)重要的作用。用量子化學(xué)計算和分子動力學(xué)的經(jīng)典方法研究的馬肝醇脫氫酶（HLADH）催化和結(jié)構(gòu)鋅已經(jīng)提示了我們它的空間結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)鋅是由四個關(guān)系緊密的半胱氨酸配體（Cys97，Cys100，Cys103和Cys111）定位于鋅離子周圍近似對稱的四面體上。最近的一項研究表明，鋅和半胱氨酸之間的相互作用主要是通過一價的共價鍵結(jié)合。
類型
人體內(nèi)
在人類中，乙醇脫氫酶以多種二聚體的形式存在，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(chǎn)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，由于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(yīng)：例如，它氧化甲醇生產(chǎn)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(jié)合必不可少的。
酵母細菌
與人類不同，酵母和細菌（乳酸菌，以及某些條件下的大腸桿菌除外）不將葡萄糖發(fā)酵為乳酸，他們將葡萄糖發(fā)酵為乙醇和二氧化碳。總反應(yīng)式為：Glucose + 2 ADP + 2 Pi → 2 ethanol +2 CO2+ 2ATP+ 2H2O。在酵母和許多細菌中，乙醇脫氫酶在發(fā)酵起著重要作用：從糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙醛和二氧化碳，隨后乙醛在ADHI的作用下轉(zhuǎn)化為乙醇。后一步的目的是重新產(chǎn)生NAD+，于是糖酵解的能量生成得以繼續(xù)。人類利用這一過程發(fā)明了酵母發(fā)酵工藝，使水果和谷物發(fā)酵成酒，但有趣的是，有時候酵母也會“飲用”自己產(chǎn)生的酒精。
存在于酵母中的主要乙醇脫氫酶略大于人類的乙醇脫氫酶，它具有四個亞基而不是兩個，同時，它同樣具有鋅活性位點。不同于人和哺乳動物之處是酵母和細菌中的乙醇脫氫酶常常會組成一個“長鏈家族”。另外，在啤酒酵母中也存在由ADHI基因發(fā)展而來的ADHII，它的作用是將乙醇轉(zhuǎn)化回乙醛，只有當(dāng)周圍糖濃度較低時這種酶才會發(fā)揮作用，乙醛可以毒殺環(huán)境中的糖分競爭者，當(dāng)糖濃度恢復(fù)至正常水平，這種酶就不再發(fā)揮作用。
含鐵酶
其他類型
應(yīng)用
疾病診斷
人體內(nèi)ADH主要在肝臟生成，所以肝臟疾患可能與血清ADH活性相關(guān)。用分光光度法測定血清中ADH的活性并結(jié)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(yīng)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(jié)果均顯著高于健康人參考值。
酒精濃度
日常交際生活中，人們不可避免地要接觸酒精。酒后駕車造成的交通事故已是屢見不鮮。另外，飲酒過量可引起酒精中毒。鑒于酒后事故及酒精中毒的嚴重后果，所以迅速測定血漿中乙醇濃度，對預(yù)防事故的發(fā)生及早期診斷和處理急性酒精中毒具有非常重要的臨床價值。報道了一種新的酶終點法測定血漿中乙醇濃度的方法，無需去除蛋白，整個檢測過程僅需90 s，可用于自動生化分析儀及手工操作，適于臨床常規(guī)運用。實驗中他們選用三（羥甲基）氨基甲烷—鹽酸（Tris-HCL）作為緩沖體系，在堿性條件下，乙醇脫氫酶（ADH）催化乙醇轉(zhuǎn)化成乙醛，同時生成還原型輔酶（NADH）。在340 nm波長處檢測吸光度的變化，對照標準計算乙醇的濃度。
臨床意義
酒精中毒
曾有研究顯示，乙醇脫氫酶可能導(dǎo)致患者對乙醇代謝依賴性的酗酒。研究人員初步檢測到一個可能與酗酒有關(guān)的幾個基因。如果這些基因變體編碼的ADH2和ADH3進入慢代謝形式，可能會增加酗酒的風(fēng)險。該研究發(fā)現(xiàn)，突變的ADH2和ADH3與亞洲人群酗酒有關(guān)。然而，事實是否真是如此，還需要繼續(xù)深入研究。
藥物依賴
藥物依賴是關(guān)于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(guān)。一個特別的研究表明，藥物依賴與7個乙醇脫氫酶的相關(guān)基因有關(guān)。這些結(jié)果可能有助于有針對性的治療這些特定的基因。然而，這還有待于更多的深入研究。
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這家伙太懶了，什么都沒寫！
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