简介

乙醇脱氢酶（Alcohol dehydrogenase，简称ADH）的系统名为： 乙醇：辅酶I氧化还原酶（alcohol：NAD+ oxidoreductase），大量存在于人和动物肝脏、植物及微生物细胞之中，是一种含锌 金属酶，具有广泛的底物特异性。乙醇脱氢酶够以 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)为辅酶,催化伯醇和醛之间的可逆反应：CH3CH2OH+ NAD+→ CH3CHO +NADH+ H+。在人和哺乳动物体内,乙醇脱氢酶与 乙醛脱氢酶(ALDH)构成了乙醇脱氢酶系,参与体内乙醇代谢，是人和动物体内重要的代谢酶。作为生物体内主要短链醇代谢的关键酶，它在很多生理过程中起着重要作用。它是一种广泛专一性的含锌金属酶。乙醇脱氢酶乙醇氧化体系是在肝脏中代谢酒精的一条主要途径。乙醇脱氢酶氧化体系包括醇脱氢酶(ADH)和醛脱氢酶(ALDH)。

演化发现

演化

生物遗传的许多证据表明，谷胱甘肽甲醛脱氢酶与ADH3一样，可能是整个乙醇脱氢酶家族的祖先。早在进化时，有效消除内源性和外源性 甲醛的方法就很重要，并且这种能力已经通过时间保留在了ADH3中。由于基因的一系列突变，ADH3的重复 基因演变为其他的乙醇脱氢酶。据认为，在酵母中发现了将糖类转化为 酒精的的能力，酵母细胞可以通过产生高浓度的酒精，使其他生物体中毒，以有效地消除它们的竞争。由于腐烂的水果可以包含超过4%的乙醇，动物吃水果需要一个系统来代谢外源乙醇。 这可以解释为什么其他物种比 酵母更需要乙醇脱氢酶ADH。

发现

首次分离出乙醇脱氢酶（ADH）是在1937年，是从酿酒 酵母（面包酵母）中纯化得到的。Hugo Theorell和他的同事研究了马肝脏中乙醇脱氢酶催化机理的很多方面。乙醇脱氢酶还是首先测定了氨基酸序列以及蛋白质三维结构的寡聚酶之一。在1960年初，在果蝇属 果蝇中也发现了乙醇脱氢酶。

性质

乙醇脱氢酶是一个质量为80kDa的二聚体，包括一组同工酶，这些同工酶都能够将乙醇转化为乙醛。在哺乳动物中，这是一个涉及辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）的 氧化还原反应。乙醇脱氢酶负责催化氧化伯醇和二级醇成为醛和酮，另外也可以影响它们的逆反应。但是对于伯醇，这种催化作用并不强，而在二级醇和环醇中催化作用较强。乙醇脱氢酶的最适作用pH值在7.0-10.0，pH值为8.0时酶活力达到最大,pH值为7.0时酶活力较为稳定；ADH的最适作用温度为37℃，温度为30-40℃时酶活力较稳定，温度超过45℃后酶活力急剧下降。

乙醇氧化

作用机制

结合辅酶NAD+→通过锌结合乙醇底物→His-51的去质子化→烟酰胺核糖的去质子化→Ser-48的去质子化→乙醇的去质子化→氢化物从醇盐离子转移至NAD+,使NADH和锌结合醛或酮→释放产物醛。这些步骤是基于动力学的研究得出，在酵母和细菌中，以上步骤刚好相反。

亚基

底物与锌和乙醇脱氢酶配位，每个亚基有两个锌原子。其中一个是参与催化的活性位点，配体是Cys-46, Cys-174,His-67和一个水分子。 另一亚基则涉及结构。在这种机制下，氢化物从乙醇到达NAD +。晶体结构表明，His-51去掉了烟酰胺核糖的质子，而正是烟酰胺核糖去掉了Ser-48的质子。最后，Ser- 48使乙醇去质子化，使之成为乙醛。从机械的角度来看，如果酶结合了氢化物到达NAD +的Re面时，产生的氢气将被纳入pro-R位置。当氢化酶添加在Re面时，被视为A类脱氢酶。

活性部位

活性中心由一个锌原子，His-67， Cys-174，Cys-46，Ser-48，His-51，Ile-269，Val-292，Ala-317和Phe-319构成。锌负责结合底物酒精。Cys-146，Cys-174和His-67结合锌，Phe-319，Ala-317，His-51，Ile-269和Val-292通过氢键与NAD+稳定结合。His-51和Ile-269与烟酰胺与核糖醇形成氢键结合。Phe-319，Ala-317和Val-292与NAD+上的氨基形成氢键。关于结构锌的位点，哺乳动物的乙醇脱氢酶也有结构锌位点。在这里锌离子对蛋白质结构稳定起到至关重要的作用。用量子化学计算和分子动力学的经典方法研究的马肝醇脱氢酶（HLADH）催化和结构锌已经提示了我们它的空间结构，结构锌是由四个关系紧密的半胱氨酸配体（Cys97，Cys100，Cys103和Cys111）定位于锌离子周围近似对称的四面体上。最近的一项研究表明，锌和半胱氨酸之间的相互作用主要是通过一价的共价键结合。

类型

人体内