Дегидрогеназа – фермент, тотығу-тотықсыздану реакцияларын катализдейді. NAD+/NADP+ немесе FAD/FMN көмегімен субстратты тотықтырады. Биологиялық маңызы зор.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Дегидрогеназа – электрондарды қабылдағышты, әдетте NAD+/NADP+ немесе FAD немесе FMN сияқты флавин коферментін тотықтыру арқылы субстратты кемітетін оксидоредуктазалар тобына жататын фермент. Барлық катализаторлар сияқты, олар тура және кері реакцияларды катализдейді, және кейбір жағдайларда бұл физиологиялық маңызға ие: мысалы, алкоголь дегидрогеназа жануарларда этанолды ацетальдегидке тотықтырады, бірақ ашытқыда ацетальдегидтен этанол өндірісін катализдейді.
Class of enzymes
A dehydrogenase is an enzyme belonging to the group of oxidoreductases that oxidizes a substrate by reducing an electron acceptor, usually NAD+/NADP+ or a flavin coenzyme such as FAD or FMN. Like all catalysts, they catalyze reverse as well as forward reactions, and in some cases this has physiological significance: for example, alcohol dehydrogenase catalyzes the oxidation of ethanol to acetaldehyde in animals, but in yeast it catalyzes the production of ethanol from acetaldehyde.
IUBMB жіктеуіші
Оксидоредуктазалар, тотығу-тотығу реакцияларын катализдейтін ферменттер, IUBMB фермент катализделген реакциялар жіктемесінің EC 1 класын құрайды. Оксидоредуктазаның жүйелі атауы "донор:акцептор оксидоредуктаза", бірақ мүмкін болған жағдайда оны "донор дегидрогеназа" деп атау қолайлы.
Oxidoreductases, enzymes that catalyze oxidation reduction reactions, constitute Class EC 1 of the IUBMB classification of enzyme catalyzed reactions. The systematic name of an oxidoreductase is "donor:acceptor oxidoreductase", but, when possible, it is more conveniently named as "donor dehydrogenase".
Катализацияланған реакциялар
Дегидрогеназалар субстратты электронды қабылдаушыға сутегін беру арқылы тотықтырады, ең көп таралған электронды қабылдаушылар NAD+ немесе FAD болып табылады. Бұл субстраттың тотығуы болып саналады, онда субстрат сутек атомдарын жоғалтады немесе оттек атомдарын қосады (судан). "Дегидрогеназа" атауы сутектің (сутектің) алынуын (де) жеңілдететіндігіне және оның фермент (аза) екендігіне негізделген. Дегидрогеназа реакциялары көбінесе екі түрде кездеседі: гидридтің берілуі және протонның босатылуы (көбінесе су екінші реагент ретінде қатысады), сондай-ақ екі сутегі атомның берілуі.
Dehydrogenases oxidize a substrate by transferring hydrogen to an electron acceptor, common electron acceptors being NAD+ or FAD. This would be considered an oxidation of the substrate, in which the substrate either loses hydrogen atoms or gains an oxygen atom (from water). The name "dehydrogenase" is based on the idea that it facilitates the removal (de ) of hydrogen ( hydrogen ) and is an enzyme ( ase). Dehydrogenase reactions come most commonly in two forms: the transfer of a hydride and release of a proton (often with water as a second reactant), and the transfer of two hydrogens.
Гидридті көшіріп , протонды босату
Кейде дегидрогеназа катализдейтін реакция мынадай болып көрінеді: АH + B+ ⇌ A+ + BH, гидрид берілген кезде. А – тотығатын субстратты, ал В – гидридті қабылдағышты көрсетеді. Гидрид А-дан В-ға ауысқанда А оң заряд алатынын байқаңыз; себебі фермент акцепторды BH-ға дейін тотықтыру үшін субстраттан екі электронды алды. Дегидрогеназа катализдейтін реакцияның нәтижесі әрқашан оң заряд алу болып табылмайды. Кейде субстрат протонды жоғалтады. Бұл субстратта қос байланысқа айналатын бос электрондарды қалдыруы мүмкін. Бұл спирт субстрат болғанда жиі болады; оттегідегі протон кеткенде, оттегідегі бос электрондар қос байланыс жасау үшін пайдаланылады, мысалы, оң жақтағы суретте көрсетілгендей, алкоголь дегидрогеназасының этанолды ацетальдегидке тотықтыруында. Тағы бір мүмкіндік – реакцияға су молекуласы қатысып, субстратқа гидроксид ионын, ал ортаға протонды береді. Субстраттағы жалқы нәтиже – бір оттек атомының қосылуы. Бұл, мысалы, этанол метаболизмінде және сірке қышқылы өндірісінде ацетальдегид дегидрогеназасының ацетальдегидті сірке қышқылына тотықтыруында көрінеді.
Sometimes a dehydrogenase catalyzed reaction will look like this: AH + B+ ↔ A+ + BH when a hydride is transferred. A represents the substrate that will be oxidized, while B is the hydride acceptor. Note how when the hydride is transferred from A to B, the A has taken on a positive charge; this is because the enzyme has taken two electrons from the substrate in order to reduce the acceptor to BH. The result of a dehydrogenase catalyzed reaction is not always the acquisition of a positive charge. Sometimes the substrate loses a proton. This may leave free electrons on the substrate that move into a double bond. This happens frequently when an alcohol is the substrate; when the proton on the oxygen leaves, the free electrons on the oxygen will be used to create a double bond, as seen in the oxidation of ethanol to acetaldehyde carried out by alcohol dehydrogenase in the image on the right. Another possibility is that a water molecule will enter the reaction, contributing a hydroxide ion to the substrate and a proton to the environment. The net result on the substrate is the addition of one oxygen atom. This is seen for example in the oxidation of acetaldehyde to acetic acid by acetaldehyde dehydrogenase, a step in the metabolism of ethanol and in the production of vinegar.
Екі сутегін ауыстыру
Жоғарыда келтірілген жағдайда дегидрогеназа H+ протонын босатып, гидридті өткізеді, бірақ дегидрогеназалар FAD-ті электрон қабылдағыш ретінде пайдалана отырып, екі сутегін де өткізе алады. Бұл AH2 + B ↔ A + BH2 түрінде бейнеленеді. Сутек алынған екі атомның арасында әдетте қос байланыс пайда болады, мысалы, сукцинат дегидрогеназасында болатындай. Екі сутек электрондарымен бірге тасымалдаушыға немесе екінші өнімге берілді.
In the above case, the dehydrogenase has transferred a hydride while releasing a proton, H+, but dehydrogenases can also transfer two hydrogens, using FAD as an electron acceptor. This would be depicted as AH2 + B ↔ A + BH2. A double bond is normally formed in between the two atoms that the hydrogens were taken from, as in the case of succinate dehydrogenase. The two hydrogens have been transferred to the carrier or the other product, with their electrons.
Дегидрогеназалық реакцияны анықтау
Окистену реакцияларын катализдейтін оксидорредуктазалардың кіші топтарының айырмашылығы олардың электрон қабылдағыштарында болады. Электрон қабылдағышты ескерсек, дегидрогеназа мен оксидазаны оңай ажыратуға болады. Оксидаза да субстраттан электрондарды алып тастайды, бірақ электрон қабылдағышы ретінде тек оттегін пайдаланады. Мұндай реакцияның бір мысалы: AH2 + O2 ↔ A + H2O2. Кейде оксидаза реакциясы былай көрінеді: 4A + 4H+ + O2 ↔ 4A+ + 2H2O. Бұл жағдайда фермент субстраттан электрондарды алып, оттегін тотықсыздандыру үшін еркін протонды пайдаланады, нәтижесінде субстрат оң заряд алады. Өнім жоғарыда көрсетілгендей сутек пероксиді емес, су болып табылады. Электрон тасымалдау тізбегіндегі (ЭТТ) IV кешені осылай жұмыс істейтін оксидазаның мысалы. Оксидазалар әдетте дигидрогенге (H2) баламалы заттарды тасымалдайды, ал қабылдағыш – диоксиген. Сол сияқты, пероксидаза (оксидорредуктазалардың тағы бір кіші тобы) оттегінің орнына электрон қабылдағыш ретінде пероксидті (H2O2) пайдаланады.
The distinction between the subclasses of oxidoreductases that catalyze oxidation reactions lies in their electron acceptors. Dehydrogenase and oxidase are easily distinguishable if one considers the electron acceptor. An oxidase will remove electrons from a substrate as well, but only uses oxygen as its electron acceptor. One such reaction is: AH2 + O2 ↔ A + H2O2. Sometimes an oxidase reaction will look like this: 4A + 4H+ + O2 ↔ 4A+ + 2H2O. In this case, the enzyme is taking electrons from the substrate, and using free protons to reduce the oxygen, leaving the substrate with a positive charge. The product is water, instead of hydrogen peroxide as seen above. An example of an oxidase that functions like this is complex IV in the Electron Transport Chain (ETC). Note that oxidases typically transfer the equivalent of dihydrogen (H2), and the acceptor is a dioxygen. Similarly, a peroxidase (another subclass of oxidoreductases) will use a peroxide (H2O2) as the electron acceptor, rather than an oxygen.
NADP+
NADP+ NAD+-дан тек аденозин 5 мүшелі көміртек сақинасына фосфат тобының қосылуымен ғана ерекшеленеді. Фосфаттың қосылуы тасымалдаушының электрондық тасымалдау қабілетін өзгертпейді. Фосфат тобы екі топ арасындағы айырмашылықты жеткілікті деңгейде арттырады, олар әртүрлі ферменттердің белсенді орындарына байланысады және әдетте әртүрлі реакцияларды катализдейді. Бұл екі электрон тасымалдаушы ферменттер арқылы оңай ажыратылады және өте әртүрлі реакцияларға қатысады. NADP+ негізінен анаболикалық немесе биосинтетикалық жолдарды катализдейтін ферменттермен жұмыс істейді. FAD – ерекше электрон қабылдағыш. Оның толық тотыққан түрі FADH2 (гидрохинон түрі деп аталады), бірақ FAD-ды азайту немесе FADH2-ні тотықтыру арқылы FAD-ды жартылай тотықтандырылған FADH түріне де түрлендіруге болады. Дегидрогеназалар әдетте FAD-ды FADH2-ге толық тотықтырады. FADH пайда болуы сирек. FAD-тағы екі байланыстағы азот атомдары оны субстраттан екі сутек атомын қабылдауға мүмкіндік береді. Екі атом қабылдағандықтан, FAD көбінесе жаңа тотыққан субстратта екі байланыс пайда болған кезде қатысады. FAD ерекше, себебі ол NAD+ және NADP-дан айырмашылығы, екі электрон мен екі протонмен тотықтырылады, ал NAD+ және NADP тек бір протонды ғана қабылдайды.
NADP+ differs from NAD+ only in the addition of a phosphate group to the adenosine 5 membered carbon ring. The addition of the phosphate does not alter the electron transport abilities of the carrier. The phosphate group creates enough contrast between the two groups that they bind to the active site of different enzymes, generally catalyzing different types of reactions. These two electron carriers are easily distinguished by enzymes and participate in very different reactions. NADP+ mainly functions with enzymes that catalyze anabolic, or biosynthetic, pathways. FAD is a unique electron acceptor. Its fully reduced form is FADH2 (known as the hydroquinone form), but FAD can also be partially oxidized as FADH by either reducing FAD or oxidizing FADH2. Dehydrogenases typically fully reduce FAD to FADH2. The production of FADH is rare. The double bonded nitrogen atoms in FAD make it a good acceptor in taking two hydrogen atoms from a substrate. Because it takes two atoms rather than one, FAD is often involved when a double bond is formed in the newly oxidized substrate. FAD is unique because it is reduced by two electrons and two protons, as opposed to both NAD+ and NADP, which only take one proton.
Биологиялық әсері
Алдегидтер көптеген физиологиялық процестердің табиғи қосалқы өнімдері болып табылады, сондай-ақ көптеген өнеркәсіптік процестердің нәтижесі болып табылады, олар қоршаған ортаға түтін және автокөліктердің газ шығарындылары түрінде таралады. Ми мен жүрек қапшығында альдегидтердің жиналуы адам денсаулығына зиян келтіруі мүмкін, себебі олар маңызды молекулалармен қосылыстар құрап, олардың белсенділігін төмендетуі мүмкін. Ацетальдегидтің жиналуы, егер ол жеткілікті жылдам ыдырамаса, бас ауруы мен құсуды (мастықтан соңғы симптомдар) тудырады, бұл ацетальдегид DH жетіспеушілігі бар адамдардың алкогольге жағымсыз реакция көрсетуінің тағы бір себебі. Осы ферменттің жетіспеушілігі миокард инфаркті қаупін арттырады, ал оның белсенділігі ферменттің ишемиядан туындаған зақымдануды азайтатынын көрсетеді. Алдегид дегидрогеназаларының деактивациясы көптеген қатерлі ісіктердің механизмдерінде маңызды роль атқарады. ALDH-лар жасушалардың дифференциациялануында, көбеюінде, тотығуда және дәріге төзімділікте қатысады. Бұл ферменттер адам организміндегі дегидрогеназалардың көптеген түрлерінің тек бір ғана мысалы; олардың кең ауқымды функциялары және олардың деактивациясы немесе мутацияларының маңызды жасушалық процестерге тигізетін әсері барлық дегидрогеназалардың дене гомеостазын сақтаудағы маңыздылығын көрсетеді.
Aldehydes are the natural by product of many physiological processes, as well as being the consequence of many industrial processes, put out into the environment in the form of smog and motor vehicle exhaust. Build up of aldehydes in the brain and pericardium can be detrimental to a person's health, as they can form adducts with important molecules and cause their inactivation. This build up of acetaldehyde also causes headaches and vomiting (hangover symptoms) if not broken down quickly enough, another reason why those with acetaldehyde DH deficiencies have bad reactions to alcohol. Importantly, a lack of this enzyme has been linked to an increase in the risk of myocardial infarction, while activation has shown the enzyme's ability to reduce damage caused by ischaemia. Deactivation of aldehyde dehydrogenases has been shown to be instrumental in the mechanisms of many cancers. ALDHs function in cell differentiation, proliferation, oxidation, and drug resistance. These enzymes are only one example of the many different types of dehydrogenases in the human body; their wide array of functions, and the impact that their deactivation or mutations has upon crucial cell processes underscores the importance of all dehydrogenases in maintaining body homeostasis.