乙醇脱氢酶的演化发现

如题所述

第1个回答  2016-05-18

在人类中,乙醇脱氢酶以多种二聚体的形式催在,由至少7种不同的基因编码。乙醇脱氢酶一共具有五个类别(Class I-V),但在人的胃肝脏中存在的主要是Class I。它催化乙醇乙醛氧化作用为:CH3CH2OH+ NAD+ → CH3CHO + NADH + H+。这使得人类可以饮用含酒精的饮品,但最初其进化的目的可能是为了分解食物或者细菌在消化道中产生的醇类。还有一些人认为,其进化的目的是参与维生素的新陈代谢过程,由于乙醇的卡路里几乎为零,也许能够提供少量的纯净的能量。乙醇脱氢酶也参与了其他类型醇的反应:例如,它氧化甲醇生产甲醛和乙二醇 ,最终生成乙醇酸和草酸。人类至少有六种略有不同的乙醇脱氢酶。 每个都是一个二聚体,每两个二聚体含有两个二价锌离子。其中一个离子是酶与底物结合必不可少的。
乙醇脱氢酶的活性因人而异。比如年轻女性就不能够像青年男子那样快速地分解酒精,因为她们体内的乙醇脱氢酶活性不如他们体内的活性高。不过,这种情况在中年之后会出现逆转。当然,并不只有表达水平能影响乙醇脱氢酶的活性,同样取决于不同人的等位基因多样性。这些等位基因的差异性与地域有关,比如,已有的研究表明,在欧洲具有高表达活性乙醇脱氢酶基因的人数远多余亚洲以及美洲。这可能与关联进化有关,简单地说由于欧洲人大多大量饮用酒精度较高的烈酒,就会自然选择那些具有高表达活性乙醇脱氢酶基因的人。 与人类不同,酵母和细菌(乳酸菌,以及某些条件下的大肠杆菌除外)不将葡萄糖发酵为乳酸,他们将葡萄糖发酵为乙醇和二氧化碳。总反应式为:Glucose + 2 ADP + 2 Pi → 2 ethanol +2 CO2+ 2ATP+ 2H2O。在酵母和许多细菌中 ,乙醇脱氢酶在发酵起着重要作用:从糖酵解产生的丙酮酸转化为乙醛和二氧化碳,随后乙醛在ADHI的作用下转化为乙醇。后一步的目的是重新产生NAD+,于是糖酵解的能量生成得以继续。人类利用这一过程发明了酵母发酵工艺,使水果和谷物发酵成酒,但有趣的是,有时候酵母也会“饮用”自己产生的酒精。
存在于酵母中的主要乙醇脱氢酶略大于人类的乙醇脱氢酶,它具有四个亚基而不是两个,同时,它同样具有锌活性位点。不同于人和哺乳动物之处是酵母和细菌中的乙醇脱氢酶常常会组成一个“长链家族”。另外,在啤酒酵母中也存在由ADHI基因发展而来的ADHII,它的作用是将乙醇转化回乙醛,只有当周围糖浓度较低时这种酶才会发挥作用,乙醛可以毒杀环境中的糖分竞争者,当糖浓度恢复至正常水平,这种酶就不再发挥作用。 药物依赖是关于乙醇脱氢酶的另一个问题,研究人员认为这可能与酗酒有关。一个特别的研究表明,药物依赖与7个乙醇脱氢酶的相关基因有关。这些结果可能有助于有针对性的治疗这些特定的基因。然而,这还有待于更多的深入研究。

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