Alkoholdehydrogenase

Alkoholdehydrogenase
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Bezeichner
Externe IDs	CAS-Nummer: 9031-72-5
Enzymklassifikation
EC, Kategorie	1.1.1.1  Oxidoreduktase
Substrat	Alkohol + NAD+
Produkte	Aldehyd oder Keton + NADH + H+

Alkoholdehydrogenase (ADH, EC 1.1.1.1) ist ein Enzym, das sowohl die Reaktion von Alkoholen zu den entsprechenden Aldehyden, als auch die Rückreaktion dieser (Aldehyd zu Alkohol), katalysiert. Beispiele hierfür sind der letzte Schritt der Alkoholischen Gärung durch Hefe, bei der Acetaldehyd zu Ethanol umgewandelt wird, als auch die umgekehrte Variante (Ethanol zu Acetaldehyd), die im menschlichen Körper im Rahmen des Alkoholabbaus stattfindet.

Im menschlichen Körper kommt ADH vor allem in der Leber, aber auch im Magen vor. Ethanol aus alkoholischen Getränken wird wieder in Acetaldehyd (auch Ethanal genannt) umgewandelt, anschließend durch Acetaldehyddehydrogenase in Essigsäure und dann durch den Citratzyklus in Wasser und Kohlenstoffdioxid. Für das Einschleusen in den Citratzyklus ist das Enzym Acetyl-CoA-Synthetase notwendig, welches unter ATP-Verbrauch Acetyl-CoA bildet. Die Menge des ADH-Enzyms im Körper ist von Person zu Person unterschiedlich und bestimmt, wie schnell der getrunkene Alkohol im Körper abgebaut wird. Wie viel Alkohol ein Mensch verträgt (im Sinne von „Trinkfestigkeit“) ist von vielen Faktoren abhängig, z. B. der Gewohnheit, mit einem hohen Alkoholgehalt umzugehen. Im Allgemeinen haben Ostasiaten, indigene Völker Amerikas und Aborigines Australiens eher geringe Mengen ADH im Körper, und Frauen weniger als Männer.^[1][2]

Die Alkoholdehydrogenase dient im Menschen und in vielen Tieren dem Abbau von toxischen Alkoholen. Das in Magen und Leber vorhandene Enzym katalysiert hauptsächlich die Oxidation von Ethanol zu Acetaldehyd unter Beteiligung des Cofaktors NAD⁺:

$\mathrm{C_2H_{5}OH + NAD^+ \longrightarrow\; C_2H_4O + NADH + H^+}$

Ethanol und NAD⁺ werden zu Acetaldehyd und NADH umgesetzt

Ablauf der alkoholischen Gärung

Im Menschen koexistieren mindestens sechs geringfügig unterschiedliche Alkoholdehydrogenasen. Alle sind Dimere aus zwei Polypeptidketten, wobei jede Untereinheit zwei Zinkionen (Zn²⁺) enthält. Eines dieser Ionen ist essenziell für die Funktion des Enzyms: Es ist am aktiven Zentrum lokalisiert und stabilisiert die Hydroxylgruppe des Alkohols.

Alkoholdehydrogenase ist verantwortlich für die Toxizität von anderen Alkoholen: zum Beispiel oxidiert sie Methanol zu dem wesentlich giftigeren Produkt Methanal (Formaldehyd), und Ethylenglycol zu Glycol- und Oxalsäure. Die konventionelle Behandlung dieser Art von Vergiftungen besteht in der Applikation von Ethanol (Kompetitive Hemmung der ADH durch Ethanol), der bevorzugt in der Leber umgesetzt wird. Solange der Ethanolabbau stattfindet, wird das Methanol durch die Nieren ausgeschieden. Somit tritt keine Vergiftung des Körpers durch das Methanal auf. Außerdem existiert mit Fomepizole (4-Methylpyrazol) die Möglichkeit ADH kompetitiv zu hemmen. Ein weiterer Inhibitor ist 2-Fluorethanol. Außerdem hemmen alle Rheumamittel/Schmerzmittel vom Typ der NSAR die ADH mehr oder minder stark.^[3]

In Hefen und vielen Bakterien spielt die Alkoholdehydrogenase eine wichtige Rolle in der Gärung (vgl. Abbildung):

Pyruvat aus der Glykolyse wird in Acetaldehyd und Kohlenstoffdioxid umgesetzt, was eine Pyruvat-Decarboxylase (EC 4.1.1.1) katalysiert. Anschließend wird der Aldehyd durch die ADH unter Verbrauch von NADH zu Ethanol reduziert. Auf diese Weise wird für die Glykolyse benötigtes NAD⁺ regeneriert. ADH aus Hefe ist größer als die menschliche und besteht aus vier Untereinheiten. Ihr aktives Zentrum besitzt Zink als Metallion. Dennoch sind die Enzyme aus Pilz und Mensch nahe verwandt.^[4]

In Insekten wie der Fruchtfliege kommt eine der menschlichen nicht verwandte Alkoholdehydrogenase vor, an die kein Metallion gebunden ist.^[5]

Eine dritte Klasse der Alkoholdehydrogenasen enthält Eisen als Zentralion. Diese existieren in Bakterien, und eine (anscheinend inaktive) Form wurde in Hefe gefunden.^[6]

Weiterführende Literatur

• Chou CF, Lai CL, Chang YC, Duester G, Yin SJ: Kinetic mechanism of human class IV alcohol dehydrogenase functioning as retinol dehydrogenase. In: J. Biol. Chem.. 277, Nr. 28, Juli 2002, S. 25209–25216. doi:10.1074/jbc.M201947200. PMID 11997393.

Einzelnachweise

1. ↑ Parlesak A, Billinger MH, Bode C, Bode JC: Gastric alcohol dehydrogenase activity in man: influence of gender, age, alcohol consumption and smoking in a caucasian population. In: Alcohol Alcohol.. 37, Nr. 4, 2002, S. 388–93. PMID 12107043.
2. ↑ Dohmen K, Baraona E, Ishibashi H, et al.: Ethnic differences in gastric sigma-alcohol dehydrogenase activity and ethanol first-pass metabolism. In: Alcohol. Clin. Exp. Res.. 20, Nr. 9, Dezember 1996, S. 1569–1576. PMID 8986205.
3. ↑ Battistella M: Fomepizole as an antidote for ethylene glycol poisoning. In: Ann Pharmacother. 36, Nr. 6, Juni 2002, S. 1085–1089. PMID 12022913.
4. ↑ Leskovac V, Trivić S, Pericin D: The three zinc-containing alcohol dehydrogenases from baker's yeast, Saccharomyces cerevisiae. In: FEMS Yeast Res.. 2, Nr. 4, Dezember 2002, S. 481–494. PMID 12702265.
5. ↑ Heinstra PW, Thörig GE, Scharloo W, Drenth W, Nolte RJ: Kinetics and thermodynamics of ethanol oxidation catalyzed by genetic variants of the alcohol dehydrogenase from Drosophila melanogaster and D. simulans. In: Biochim. Biophys. Acta. 967, Nr. 2, November 1988, S. 224–33. PMID 3142528.
6. ↑ Yabe, M.; Shitara, K.; Kawashima, J.; Shinoyama, H.; Ando, A.; Fujii, T.; Biosci. Biotechnol. Biochem. 56, 338–339 (1992)

Weblinks

 Wikibooks: Biochemie und Pathobiochemie: Alkohol-Dehydrogenase (NAD+) – Lern- und Lehrmaterialien

 Wikibooks: Biochemie und Pathobiochemie: Alkohol-Stoffwechsel – Lern- und Lehrmaterialien

• Alkoholabbau bei Quarks & Co
• Mayo Clinic: Alcohol allergy: Is there such a thing?