酒精脫氫酶
編輯酒精脫氫酶是一組脫氫酶,存在于許多生物體中,通過將煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)還原為NADH,促進醇和醛或酮之間的相互轉化。在人類和許多其他動物中,它們有助于分解有毒的醇,并且它們還參與各種代謝物生物合成過程中有用的醛、酮或醇基團的生成。在酵母中、植物和許多細菌,一些酒精脫氫酶催化相反的反應,作為發酵的一部分,以確保NAD+的持續供應。
酒精脫氫酶的類型
編輯人類
在人類中,ADH作為二聚體以多種形式存在,并由至少七個不同的基因編碼。酒精脫氫酶有五類(IV),但主要用于人類的肝臟形式是1類。1類由ADH1A、ADH1B和ADH1C基因編碼的α、β和γ亞基組成。這種酶在肝臟和胃壁中含量很高。它催化乙醇氧化成乙醛(乙醛):
CH3CH2OH+NAD+→CH3CHO+NADH+H+
這允許飲用酒精飲料,但其進化目的可能是分解食物中天然含有的酒精或消化道細菌產生的酒精。
另一個進化目的是將視黃醇(維生素A)(一種酒精)可逆地代謝為視黃醛(也稱為視黃醛),然后不可逆地轉化為視黃酸,從而調節數百個基因的表達。
酒精脫氫酶還涉及其他類型酒精的毒性:例如,它氧化甲醇以產生甲醛并最終產生甲酸。人類至少有六種略有不同的乙醇脫氫酶。每個都是二聚體(即,由兩個多肽組成),每個二聚體包含兩個鋅離子Zn2+。其中一種離子對酶的運行至關重要:它位于催化位點,將醇的羥基固定在適當的位置。
酒精脫氫酶活性在男性和女性之間、年輕人和老年人之間以及來自世界不同地區的人群之間存在差異。例如,年輕女性無法以與年輕男性相同的速度處理酒精,因為她們的酒精脫氫酶表達不那么高,盡管中年人的情況正好相反。活性水平可能不僅取決于表達水平,還取決于人群中的等位基因多樣性。
酵母菌和細菌
在酵母和許多細菌中,乙醇脫氫酶在發酵中發揮重要作用:糖酵解產生的丙酮酸被轉化為乙醛和二氧化碳,然后乙醛被稱為ADH1的乙醇脫氫酶還原為乙醇。后一步的目的是再生NAD+,以便產生能量的糖酵解可以繼續進行。人類利用這個過程來生產酒精飲料,讓酵母發酵各種水果或谷物。酵母可以生產和消耗自己的酒精。
酵母中的主要乙醇脫氫酶比人類的大,由四個而不是兩個亞基組成。它還在其催化部位含有鋅。與動物和人類的含鋅酒精脫氫酶一起,來自酵母和許多細菌的這些酶形成了“長鏈”-酒精脫氫酶家族。
啤酒酵母還有另一種酒精脫氫酶ADH2,它是從含有ADH1基因的染色體的重復版本中進化而來的。酵母使用ADH2將乙醇轉化回乙醛,并且僅在糖濃度低時才會表達。擁有這兩種酶可以讓酵母在糖分充足時產生酒精(然后這種酒精會殺死競爭微生物),然后在糖和競爭消失后繼續酒精的氧化。
植物
在植物中,ADH催化與酵母和細菌中相同的反應,以確保持續供應NAD+。玉米有兩個版本的ADH——ADH1和ADH2,擬南芥只含有一個ADH基因。擬南芥ADH的結構相對于馬肝的ADH保守了47%。然而,結構和功能上重要的殘基,例如為催化和非催化鋅原子提供配體的七個殘基是保守的,這表明酶具有相似的結構。ADH在瓊脂上生長的幼苗根部以低水平組成性表達。如果根系缺氧,ADH的表達會顯著增加。它的表達也隨著脫水、低溫和脫落酸而增加,在果實成熟、幼苗發育和花粉發育中發揮重要作用。不同物種中ADH序列的差異已被用來創建系統發育,顯示不同植物物種的親緣關系有多密切。由于其大小方便(長度為2-3kb,約1000個核苷酸編碼序列)和低拷貝數,它是一種理想的基因。
臨床意義
編輯酗酒
有研究表明,影響乙醇代謝的ADH變化對酒精依賴的風險有影響。xxx的影響是由于ADH1B的變化增加了酒精轉化為乙醛的速率。一種這樣的變體在東亞和中東的個體中最常見,另一種在非洲的個體中最常見。兩種變體都降低了酗酒的風險,但盡管如此,個人仍可能成為酗酒者。研究人員已經初步檢測到其他一些與酗酒有關的基因,并且知道肯定還有更多的基因有待發現。研究仍在繼續,以確定基因及其對酗酒的影響。
藥物依賴
藥物依賴是與ADH相關的另一個問題,研究人員認為這可能與酗酒有關。一項特別的研究表明,藥物依賴與七個ADH基因相關,然而,還需要更多的研究。酒精依賴和其他藥物依賴可能有一些共同的風險因素,但由于酒精依賴通常與其他藥物依賴并存,因此ADH與其他藥物依賴的關聯可能不是因果關系。
中毒
甲吡唑是一種競爭性抑制酒精脫氫酶的藥物,可用于治療急性甲醇或乙二醇毒性。這可以防止甲醇或乙二醇轉化為其有毒代謝物(如甲酸、甲醛或乙醇酸鹽)。乙醇有時也能達到同樣的效果,同樣是通過競爭性抑制ADH。
藥物代謝
藥物羥嗪被乙醇脫氫酶分解為其活性代謝物西替利嗪。只要空間位阻不阻止酒精到達活性部位,其他具有酒精基團的藥物也可以以類似的方式代謝。
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