АЛКОГОЛЬДЕГИДРОГЕНАЗЫ И КАТАЛИЗИРУЕМЫЕ ИМИ РЕАКЦИИ - Роль алкогольдегидрогеназы для человека
Алкогольдегидрогеназа фермент этанол органический
Состоит из двух (печень лошади) или четырех (дрожжи) одинаковых субъединиц; первичная структура фермента расшифрована полностью. Существует в виде нескольких отличающихся строением молекулярных форм (изоферментов). Каждая субъединица построена из двух доменов, на границе которых находится глубокий "карман", ограниченный гидрофобными аминокислотными остатками. На его "дне" локализован атом Zn, связанный с двумя остатками цистеина и одним остатком гистидина. находящимися соответственно в положениях 46, 174 и 57 субъединицы, а также с Н2О. Последняя вовлечена в систему водородных связей, при участии которых происходят перенос протона при связывании НАД и поляризация субстрата в ходе катализа. Область рН, в которой проявляется оптимальная каталитич. активность, значительно зависит от источника фермента. Последний ингибируется хелатами и солями Ag+, Hg2+ и Cu2+.
АДГ у млекопитающих - это сложная молекула, состоящая из двух простых, которые могут запускать взаимообратимые реакции. Молекулы АДГ будут себя вести по-разному, в зависимости от электрического поля, температуры, кислотно-щелочного баланса. Это различное поведение соотносимо с разностями химического строения молекул АДГ и способностью их выполнять разные функции, по этому принципу АДГ разделили на 6 классов.
Внутри такого класса молекулы по строению отличаются друг от друга на 40-50%. Внутривидовые отличия составляют 30 %. При этом, за образование того или иного АДГ отвечает сразу несколько генов.
Так, АДГ I человека представлена многочисленными изосимами (эти ферменты отличаются друг от друга по строению, но при этом запускают и контролируют схожие реакции). Их парные комбинации трех основных субъединиц - б, в и г. Они в свою очередь делятся на варианты б, в1, в2, в3, г1 и г2 (которые синтезируются шестью разными участками генов). В результате молекулы АДГ 1 различаются по целому ряду признаков (в зависимости какова их активность и в каких тканях они находятся). АДГ классов II, III и IV состоят из пар идентичных субъединиц -- р, ч и у, соответственно [10, 12, 16, 22].
С одной стороны, все АДГ разных млекопитающих схожи между собой на 50 %. Это показывает их относительную генетическую одинаковость и в тоже время дает возможность создать антигены, которые будут взяты от одного животного и введены другому животному, допустим, для блокирования АДГ - делается как прививка, по такому же принципу.
Разные АДГ различных классов имеет существенные различия по своему действию (табл. 1).
Прежде всего, необходима оценка их способности к окислению этанола (превращение его в ацетальдегид). Отвечают за эту функцию именно АДГ I и АДГ IV. Важно подчеркнуть, что контролируемая АДГ реакция (распада алкоголя и образования в одну сторону, или наоборот - из ацетальдегида образование этанола):
Этанол + НАД+ < = > ацетальдегид + НАДН + H+
Данная реакция характеризуется положением равновесия, то есть при концентрациях этанола, близких к физиологическим (человек не употребляет алкоголя), оно смещено влево. То есть, когда работает наш организм, в нем происходит много разных химических реакций. При многих реакциях образуется ацетальдегид. Он очень вреден для организма, поэтому его нужно быстро обезвредить. Наиболее быстрый способ - это превратить его в алкоголь, который потом будет постепенно разрушаться, частично выводиться через органы выделения и дыхания. Таким образом АДГ I и АДГ IV спасают наш организм от переизбытка ацетальдегида. Если этот механизм ломается, то это приводит к поражению многих структур организма и просто белков.
Однако ситуация принципиально меняется при поступлении этанола извне, то есть - если человек выпил. Даже потребление этанола человеком в дозах, не вызывающих значительного опьянения, повышает концентрацию в крови до 0,1-1 мг/мл (Примечание - 1 промилле ~ 0,45 мг/л (450 мкг/л), водителям разрешено иметь концентрацию в крови 0.2 помилле), и равновесие реакции смещается вправо. То есть, под действием АДГ I и IV образуется много ацетальдегида. Это ведет к повреждению ряда других ферментов, различных центров в оболочках клеток. Таким образом ацетальдегид запускает разнообразные патологические процессы. Организм начинает вырабатывать антитела к АДГ, когда иммунная система начинает разрушать АДГ, чтобы снизить количество ацетальдегида. Это происходит, по всей видимости, при длительном потреблении этанола. В экспериментах на крысах такой ответ наблюдался после 4-6 й недели алкоголизации. Таким образом мы можем говорить о том, что иммунная система воспринимает АДГ как чужеродное вещество.
В то же время ацетальдегид способен понижать влечение к этанолу, тормозящий развитие алкоголизма и даже способствующий его лечению (когда на следующий день человек не может смотреть на алкоголь - тошнит от одного запаха).
Как известно, это обстоятельство используется в медицине. Такая двойственность роли АДГ I и IV еще более усиливается тем фактом, что по крайней мере одна из производных АДГ I (гг) способен запускать реакцию в разные стороны, в результате которой возможно окисление (превращение) ацетальдегида до ацетата и превращение ацетальдегида в этанол. То есть, ацетальдегид перерабатывается в ацетат и в этанол. Важность этого последнего процесса при физиологических (нормальных, исходных) концентрациях этанола и ацетальдегида значительна. При поступлении больших количеств этанола извне большая часть ацетальдегида окисляется ацетальдегиддегидрогеназой (АцДГ).Очень ограниченное участие в окислении этанола принимает АДГ II.
Нужно отметить, что АДГ I и IV участвуют в обезвреживании метилового спирта, но этот процесс крайне медленный. АДГ II и III вовсе не обладают такой активностью. АДГ классов II и III участвуют в обезвреживании других спиртов и формальдегида (крайне токсичен). При этом разные органы и ткани содержат разное количество АДГ. Головной мозг содержит только АДГ III, который не обезвреживает ацетальдегид - мозг остается беззащитным.
Так же стоит сказать, что АДГ участвуют в выработке эндогенных нейрорегуляторов (мозговых регуляторов) и гормонов, а также их производных. Участвуют в обменных процессах образования катехоламинов (природные физиологически активные вещества, так называемые гормоны стресса, регуляторы нервной системы), серотонина (нарушение обмена серотонина - одна из причин развития шизофрении), холестерина, желчи, половых гормонов. АДГ играет ведущую роль по обезвреживанию ксенобиотиков (чужеродные для живых организмов химические вещества, естественно не входящие в биотический круговорот, и, как правило, прямо или косвенно порожденные хозяйственной деятельностью человека. К ним относятся: пестициды, минеральные удобрения, моющие средства (детергенты), радионуклиды, синтетические красители, полиароматические углеводороды и др). Эти функции АДГ далеко выходят за рамки метаболизма алкоголей. Как для фундаментальных, так и для медицинских исследований направлены на поиск специфических АДГ, которые можно использовать для изучения у разных живых организмов, в том числе у человека. Найдены ряд веществ, влияющих на активность АДГ. Естественно, наиболее широко они исследованы в отношении окисляющих этанол АДГ I и IV.
В живом организме есть ферменты похожие по функциям на АДГ и принципиально отличаются по структуре (химическому строению). Их называют короткоцепочечные оксидоредуктазы или КЦОР -- это ферменты участвующие в дыхании клеток и их энергетическом обмене -- сжигании органического топлива для клеток, обезвреживание ряда веществ. образуются в организме при помощи особых генов. Они участвуют в химических превращениях женских и мужских половых гормонов. Реакции контролируемые КЦОР пока малоизучены. Однако, накопленные данные позволяют говорить о ведущей роли именно АДГ в реакциях превращения различных отравляющих и ядовитых веществ включая разнообразные спирты и собственно этанол.
Похожие статьи
-
ВВЕДЕНИЕ - Роль алкогольдегидрогеназы для человека
Алкогольдегидрогеназа - адаптивный фермент класса дегидрогеназ, катализирующий окисление спиртов и ацеталей до органических соединений карбонильной...
-
Закономерность управления процессом для реакции - Каталитический риформинг
Управлять ХТП - это означает, меняя технологические параметры процесса (температуру, давление, состав сырья, катализатор, скорость перемешивания,...
-
Обзор литературы, Роль лизина в питании человека и животных - Этапы получения лизина
Роль лизина в питании человека и животных Лизин (б, е-диаминокапроновая кислота) - незаменимая основная алифатическая аминокислота. Это специфичная...
-
Факторы, влияющие на скорость реакции - Роль катализатора в химической реакции
1. Природа реагирующих веществ. Учитель показывает опыт: В две пробирки наливают по 1 мл раствора HCL. В одну опускаем кусочек гранулированного олова, в...
-
Общее понятие о цепных реакциях и автокатализе - Принципы горения и взрыва
К цепным реакциям относят реакции, протекающие с образованием свободных радикалов, способных превращать реагенты в конечные продукты, поддерживая...
-
Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ: V=dC/dtV. Факторы, влияющие на скорость химических...
-
Реакции окисления и восстановления - Особенность синтеза фенолов
Окислительно-восстановительные реакции, также редокс -- это встречно-параллельные химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов,...
-
Реагенты Продукты, Все химические реакции обратимы, Вопросы - Химическое равновесие
Все химические реакции обратимы Это означает, что в реакционной смеси протекает как взаимодействие реагентов, так и взаимодействие продуктов. В этом...
-
СО2 + С = 2СО Если известно, что для СО2 ДG2980 = - 394572 Дж/моль и для СО ДG2980 = - 137334 Дж/моль. Рассчитаем ДG2980 = 2ДGСО - ДGСО2 = 2*(137,334)...
-
Был проведен сравнительный анализ зависимости температуры охлажденных продуктов реакции от расхода охлаждающей воды для теплообменников с разной длиной...
-
При ожогах щелочами пораженный участок кожи в течение 5-10 мин. промывают водой, а затем нейтрализуют раствором уксусной кислоты с массовой долей 1%....
-
Катамлиз (греч. кбфЬлхуйт восходит к кбфблэейн -- разрушение) -- избирательное ускорение одного из возможных термодинамически разрешенных направлений...
-
Гидрирование Большое число каталитических реакций связано с активацией атома водорода и какой-либо другой молекулы, приводящей к их химическому...
-
Основные положения стереохимии Стереохимия Стереохимия или структурная химия(от греч. уфесеьт -- твердый, пространственный), -- раздел химии о...
-
Для химической обратимой реакции, представленной в общем виде: АА+ЬВ ^dD+eE, Установлено, что, независимо от того, каковы были начальные концентрации...
-
В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных веществах и в продуктах реакции, при этом руководствуемся правилом: число электронов,...
-
Энергетический профиль каталитической реакции - Гомогенный и гетерогенный катализ
Энергетический профиль реакции - это кривая, которая показывает зависимость координаты реакции (насколько прошла реакция) от времени (при постоянном...
-
РОЛЬ КАТАЛИЗА В ЭКОЛОГИИ - Процесс катализа
Огромную роль призван сыграть катализ в решении актуальнейшей проблемы - охраны окружающей среды. По словам Кусто, земной шар напоминает "одиноко...
-
1. Какие реакции называются окислительно-восстановительными? 2. Что такое степень окисления? Какие процессы называются "окислением" и "восстановлением"?...
-
В каждом конкретном случае проведения анализа с использованием метода потенциометрии химик-аналитик должен обоснованно выбрать электродную систему....
-
NаСl + NН4НСО3 NаНСО3 + NН4Сl Равновесие которой почти нацело смещено вправо (вследствии очень малой растворимости NаНСО3 в растворе NН4Сl)....
-
Необходимые условия для проведения реакции - Полимеразная цепная реакция
Наличие в реакционной смеси ряда компонентов Праймеры - пара искусственно синтезированных олигонуклеотидов, имеющих, как правило, размер от 15 до 30 п....
-
Амины - производные NH3, атомы Н в которых замещены на органические остатки R. В зависимости от числа атомов водорода у атома азота, замещенных...
-
Оборудования, используемые для определения ртути Класс опасности - 1, ПДК в населенных пунктах (среднесуточная) -- 0,0003 мг/мі ПДК в жилых помещениях...
-
В количественном отношении белки занимают первое место среди всех содержащихся в живой клетке макромолекул; на их долю приходится не менее половины...
-
Скорость химической реакции. Энергия активации химической реакции Химическая термодинамика изучает возможность, направление и пределы самопроизвольного...
-
Кинетика химических реакций - Концепции современного естествознания: химическая составляющая
Одна из особенностей химических реакций заключается в том, что они протекают во времени. Одни реакции протекают медленно, месяцами, как, например,...
-
Следует отметить, что не существует особых сил, вызывающих адсорбцию. Адсорбция молекул на поверхности твердого тела происходит за счет сил притяжения со...
-
Любое превращение молекул есть химический процесс. Химические процессы, протекающие под действием видимого света и ультрафиолетовых лучей, называются...
-
Химическое равновесие, Обратимость реакций - Скорость химических реакций. Химическое равновесие
Обратимость реакций Химическая реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении, если ее энергия Гиббса AG<0, и в обратном направлении, если...
-
Технология алкилирования ароматических углеводородов - Классификация реакций алкилирования
К наиболее многотоннажным продуктам, вырабатываемым алкилированием ароматических соединений, относятсяэтил - и изопропилбензол. ЭтилбензолС6Н5-С2Н5 -...
-
Учение о строении вещества - Роль химии в повседневной жизни
На протяжении многих веков в сознании человека господствовали представления об атомах, как мельчайших, неделимых, простейших по составу и неизменных...
-
В современной химии известно большое число различных химических реакций. Многие из них осуществляются в промышленных химических реакторах и,...
-
Скорость гомогенных химических реакций - Химические процессы и реакторы
Скорость химической реакции W RJ принято выражать количеством (моль) N J одного из реагентов или продуктов, прореагировавшим (или образовавшимся) в...
-
Прежде чем рассмотреть отдельные типы химических реакторов в соответствии с приведенной классификацией, составим уравнение материального баланса по...
-
Равновесие химических реакций - Химические процессы и реакторы
Под воздействием подвода или отвода энергии в форме теплоты или работы происходит изменение состояния термодинамической системы (значений...
-
Нефть - это горная порода. Она относится к группе осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. В зависимости от...
-
Итак, катализ - это ускорение или возбуждение химических реакций в присутствии веществ - катализаторов, многократно вступающих в промежуточное химическое...
-
Типы окислительно-восстановительных реакций - Окислительно-восстановительные процессы
Различают три типа окислительно-восстановительных реакций. Межмолекулярные реакции - это реакции, которые протекают с изменением степеней окисления...
-
Гетерогенный катализ - каталитические реакции, идущие на поверхности раздела фаз, образуемых катализатором и реагирующими веществами. Механизм...
АЛКОГОЛЬДЕГИДРОГЕНАЗЫ И КАТАЛИЗИРУЕМЫЕ ИМИ РЕАКЦИИ - Роль алкогольдегидрогеназы для человека