脫氫酶

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圖1

脫氫酶(dehydrogenases)是一類催化物質氧化還原反應的酶,在酶學分類中屬於第一大類。反應中被氧化的底物叫氫供體或電子供體,被還原的底物叫氫受體電子受體。當受體是O2時,催化該反應的酶稱為氧化酶,其他情況下都稱為脫氫酶。不同的脫氫酶幾乎都根據其底物的名稱命名。如琥珀酸脫氫酶催化的反應(圖1)。

這個反應是可逆的,在一定條件下,這個反應平衡趨向左方,那麼這個酶可稱為反丁烯二酸還原酶。有時也可以由於產物的特殊重要性而以產物來命名,例如可的松還原酶等。

脫氫酶是已知酶中種類最多的一類,其中以催化供體中醇基團(—CHOH)、醛、酮基團(—HCO或—RCO)及烷基因(—CH2-CH2-)脫氫的為最常見。天然受體主要有煙醯胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)和煙醯胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)和細胞色素

圖2

大多數脫氫酶的天然受體是NAD+或NADP+〔以下用NAD(P)+表示〕,例如蘋果酸脫氫酶,異檸檬酸脫氫酶等 。脫氫酶的底物經這類脫氫酶的催化使NAD(P)+還原生成NAD(P)H。另一些脫氫酶以黃素為輔基,輔基在催化反應中進行氧化還原。例如琥珀酸脫氫酶,還原型煙醯胺腺嘌嶺二核苷酸(NADH)脫氫酶,膽鹼脫氫酶等。NADH以及一些直接以黃素為輔基的脫氫酶的底物通過脫氫酶的催化最後通過細胞色素系統而被氧氧化,此時釋放出的能量供機體需要。它們與細胞色素系統電子傳遞鏈的連接大體上可以用簡單的圖(圖2)來表示。

α-甘油磷酸,膽鹼等可以分別通過相應的脫氫酶,在相當於琥珀酸脫氫酶的位置與電子傳遞鏈連接。

NADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶都含有黃素輔基。NADH脫氫酶的輔基是黃素單核苷酸(FMN),以非共價鍵酶蛋白結合。琥珀酸脫氫酶的輔基是黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD),以共價鍵與酶蛋白的組氨酸結合。

NADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶均含有非血紅素鐵和酸不穩定硫。利用順磁共振了解了鐵硫部分在電子傳遞過程中的氧化還原作用,以及它們在酶與膜結合過程中的作用,鐵硫中心不穩定,往往是酶失活的原因,鐵硫中心也是一些酶抑制劑的作用部位。

生物體中絕大多數氧化還原反應都是在脫氫酶及氧化酶的催化下進行。物質經脫氫酶催化氧化,最後通過電子傳遞鏈而被氧氧化,此時通過氧化磷酸化作用生成腺苷三磷酸(ATP),是異養生物體取得能量的主要途徑。

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