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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.