Dehydrogenaza alkoholowa (Alcohol Dehydrogenase)
David S. Goodsell, tłum. Grzegorz Czerwonka | 2008-04-25
Wypijmy toast za dehydrogenazę alkoholową. W trakcie dochodzenia do siebie po nadmiernym spożyciu podczas nocy sylwestrowej możemy sobie wyobrazić jak ten enzym nieustannie walczy z szampanem, który wypiliśmy. Dehydrogenaza alkoholowa stanowi naszą pierwszą linię obrony przeciw alkoholowi, toksycznej molekule, która zakłóca funkcjonowanie naszego układu nerwowego. Duże ilości dehydrogenazy alkoholowej, zlokalizowane w naszej wątrobie i żołądku, odtruwa około jednego mocnego drinka na godzinę. Alkohol jest przekształcany do aldehydu octowego, jeszcze bardziej toksycznego związku, który jest szybko zmieniany w octan lub inne związki, które mogą być łatwo i szybko utylizowane przez komórkę. W ten sposób potencjalnie niebezpieczna molekuła jest przekształcana przez dehydrogenazę alkoholową w zwykły produkt spożywczy.
Formy i funkcja
W naszych ciałach znajduje się przynajmniej dziewięć różnych form dehydrogenazy alkoholowej, które różnią się nieznacznie swoimi właściwościami. Większość z nich pierwotnie znaleziono w wątrobie włączając w to formę beta3 (rekord PDB 1htb) i podobny enzym z końskiej wątroby (rekord PDB 6adh). Forma sigma, dostępna w wejściu PDB 1agn została znaleziona w żołądku. Enzym ten składa się z dwóch podjednostek i co ważne, można łączyć jego poszczególne podjednostki z różnych enzymów, tworząc aktywne dimery. Etanol nie jest jedynym substratem tych enzymów. Dokonują także istotnych modyfikacji w retinolu, sterydach i kwasach tłuszczowych. Różnorodność typów dehydrogenazy alkoholowej gwarantuje to, że zawsze dostępny jest enzym idealny do danego zadania, jakie ma wykonać.
Konsekwencje
Dehydrogenaza alkoholowa zapewnia ochronę przed powszechnymi w naszym środowisku toksynami. Ale ochrona ta niesie ze sobą pewne zagrożenia. Dehydrogenaza alkoholowa modyfikuje także inne alkohole, często tworząc niebezpieczne produkty. Na przykład metanol, który jest powszechnie używany do denaturacji etanolu czyniąc go niezdatnym do spożywania, jest przekształcany przez dehydrogenazę alkoholową do formaldehydu. Formaldehyd uszkadza komórki atakując białka i balsamuje je. Małe ilości metanolu powodują ślepotę, ponieważ niszczone są bardzo czułe białka w siatkówce, a większe ilości, prawdopodobnie jedna szklanka, prowadzi do szeroko rozpowszechnionego uszkodzenia organizmu i śmierci.
Produkcja alkoholu
Dehydrogenaza alkoholowa często odgrywa istotną rolę w najstarszym biotechnologicznym procesie: fermentacji alkoholowej. Drożdże i wiele bakterii buduje znacznie większą dehydrogenazę alkoholową, taką jak pokazana po prawej stronie w rekordzie PDB 1ykf. Enzym ten ma predyspozycje do katalizowania ostatniego etapu przekształcania pożywienia w energię metaboliczną, wytwarzając alkohol zamiast go detoksykować. Cukry zostają pocięte i wykorzystane jako źródło energii, tworząc etanol jako produkt uboczny, który jest wydzielany do płynnego środowiska na zewnątrz komórki. Wykorzystaliśmy ten proces do produkcji napojów alkoholowych: drożdże fermentują cukry ziaren słodu przy produkcji piwa oraz cukry z winogron dając wina.
Odkrywanie struktury
Dehydrogenaza alkoholowa używa dwóch molekularnych „narzędzi” do przeprowadzania reakcji na alkoholu. Pierwszym z nich jest atom cynku, który jest wykorzystywany do przytrzymywania i odpowiedniego ustawienia grupy alkoholowej w etanolu. Drugim jest duży kofaktor NAD (powstały z przekształcenia witaminy niacyny) który przeprowadza reakcję. Wejście PDB 1adc pokazuje molekuły etanolu związane z dwoma miejscami aktywnymi enzymu. W analizie struktury została użyta nieznacznie zmodyfikowana wersja NAD, aby enzym nie mógł od razu atakować etanolu. Zwróćmy uwagę na to jak atom cynku, pokazany na niebiesko, jest otoczony przez trzy aminokwasy: cysteinę 46 z lewej, cysteinę 174 z prawej i histydynę 67 z góry. Etanol, zaznaczony na kolor zielony i magenta, wiąże cynk i jest ustawiony na przeciwko kofaktora NAD, który rozciąga się pod molekułą etanolu w tej ilustracji.
Obrazy te zostały stworzone programem RasMol. Możesz stworzyć podobne obrazy klikając na kod struktury i wybierając jedną z opcji w panelu *View Structure*.
Oryginalna podstrona w "Molecule of the Month", by David S. Goodsell: Alcohol Dehydrogenase.