乙醛脱氢酶研究概况

题    目     乙醛脱氢酶研究概况    学    院     食品与生物工程学院      专    业                   班    级           学    号                 学生姓名                     指导教师                     成  绩                             2014年12月25日 乙醛脱氢酶研究概况 乙醛脱氢酶（aldehyde dehydrogenase，ALDH），醛脱氢酶的一种。它广泛存在于真核生物和原核生物中，在辅酶Ι存在的条件下，催化包括乙醇在内的某些一级或二级醇、醛和酮的脱氢反应。在人类和其他许多动物体内，线粒体乙醛脱氢酶能把对生物体有害的醇类转化，所以在细胞解毒研究中乙醛脱氢酶受到高度关注；同时，乙醛脱氢酶在分子生物学以及相关疾病的检测方面也多有应用。因此，乙醛脱氢酶的研究具有重要的理论意义和应用价值。本文从乙醛脱氢酶的种类、结构、性质、制备、研究技术及应用等几方面阐述了乙醛脱氢酶的研究进展。 一．乙醛脱氢酶的分类 乙醛脱氢酶家族（ALDHs）是一系列氧化各式各样脂肪族醛、芳香族醛为相应酸的酶。哺乳动物乙醛脱氢酶根据其亚细胞所在位置、结构与动力学特性和原始序列的相似性可以分为三类。第一类是细胞质的（ALDH1）第二类是线粒体的（ALDH2）第三类则是可诱导性的细胞质的乙醛脱氢酶和可诱导性的微粒体的乙醛脱氢酶（如ALDH3）。目前，对前两类乙醛脱氢酶进行了广泛的研究，并发现其有效促使短链脂肪族醛和芳香族醛的氧化。相比较之下，人们对第三类乙醛脱氢酶的研究尤其是对微粒体乙醛脱氢酶的研究是不够的。大鼠肝脏、兔子肠道、人类肝脏和人白血细胞中都发现了微粒体乙醛脱氢酶的存在，但作用机制尚不明确。 二．人类乙醛脱氢酶的结构和性质 人体乙醛脱氢酶为多肽四聚体，根据四元结构和其他生化特征，至少有7种不同基因编码ALDH（ALDH1，ALDH2，……ALDH7），但根据底物特异性和亚单位组成，只有ALDH1和ALDH2才被认为是“真”ALDH、为人体肝内的两种主要同工酶。他们的基因分别位于9号和12号染色体上。 ALDH1位于胞液内，而ALDH2位于线粒体内。ALDH1和ALDH2为纯四聚体，由分子量为54000的亚单位组成，含500-501个氨基酸，他们的氨基序列中68%是相同的[1]，并且具有相类似的三维立体结构。目前发现，人类红细胞中含有一种ALDH，和肝细胞液内的ALDH1相同。 ALDH2表现出遗传多态性，ALDH2缺乏者有一个或两个等位基因突变，形成纯合子或杂合子，为常染色体显性遗传。突变的非典型ALDH2基因形成功能丧失的酶即非典型杂四聚体酶（aaab，aabb，abbb）（b表示非典型亚单位）和非典型纯四聚体( bbbb }不能有效代谢乙醛[2]。 三．乙醛脱氢酶的制备 目前，天然的ALDH难以获得，大多是从动物的肝脏、胰腺或肝细胞线粒体中提取，其资源有限且价格昂贵，因此很难大规模生产，为了拓展ALDH的来源，科学家们探索从微生物中提取ALDH。国外在此方面做了大量工作，早在上个世纪70年代，Keith A.Bostian就对从酿酒酵母中提取ALDH进行了研究。国内吴桂英等[3]报道了从破碎酵母细胞提取ALDH的新，考察了自溶、反复冻融、超声波和高压破碎仪的细胞破碎方法对释放ALDH的影响；周百灵等，利用超声波破碎、硫酸钱分级盐析以及DEAE-32阴离子交换层析等方法提取了酿酒酵母胞浆内的ALDH并对其酶学性质进行了研究，这就为酶的获得提供了宝贵资料。 在探讨从微生物中提取乙醛脱氢酶的同时，学者们还通过对菌种定向诱变和培养基优化提高微生物的酶产量。刘清利[4]等通过紫外线和He-Ne激光诱变醋酸菌，选育出1株乙醛脱氢酶高产菌株Z07-JO1,该正突变24 h发酵酶活为1008.00 U/g湿菌体，比出发株提高了276%，且酶活在10代内稳定;王红波[5]等通过单因素试验和正交试验，对巴氏醋杆菌产乙醛脱氢酶的发酵培养基进行了优化，确定了培养基的最适条件和组分，提高了发酵培养生物量和产酶酶活。 四．乙醛脱氢酶在医疗领域的应用研究 1. 乙醛脱氢酶与酒精中毒 各种酒类都含有乙醇，可引起饮酒后脸红、心跳加速、皮肤加热、血压升高的急性酒精中毒症状，但这主要不是由于血液中乙醇浓度的升高，而是由于血液中乙醛浓度的升高造成的:研究表明[6]乙醛具有强烈的毒理作用，可刺激肾上腺素、去甲肾上腺素等物质的分泌，引起面红耳赤、心率快、皮温高等症状。而人类对酒精耐受性有种族的和个体的差异，黄种人中80%为酒精敏感者，白种人中仅5%为酒精敏感者。大多数黄种人在饮酒后产生乙醛速度决，而氧化为乙酸的速度慢，故易产生乙醛蓄积中毒。也就是说，乙醛脱氢酶的不足使乙醛在体内积累导致中毒现象，乙醛对引起急性酒精中毒症状比乙醇起更重要的作用。解酒重在加速乙醛的分解，使之产生乙酸，进一步分解为CO2和H2O,而在此过程中乙醛脱氢酶的作用尤为重要。 2.乙醛脱氢酶与心血管疾病 乙醛脱氢酶2(ALDH2)线粒体内一种重要的醛类氧化酶，在心血管疾病的发生、发展过程中发挥重要作用。ALDH2野生型能够抑制心肌细胞凋亡发挥心肌保护作用[7]，是心力衰竭和心肌病的保护因子。ALDH2还是体内重要的氧化应激分子，ALDH2野生型能够减少体内的氧化应激，减缓动脉粥样硬化进展；增加斑块的稳定性，减少心肌梗死。提高ALDH2活性有望成为心血管疾病治疗的突破点。 3. 乙醛脱氢酶与肿瘤 长期的大量摄入乙醇会增加上消化道癌(口腔、咽、喉和食道)、胃癌以及直肠癌的发病率。研究表明乙醛有直接的诱变和致癌性。乙醛可使得DNA发生点突变，从而诱导姐妹染色单体交换和染色体异常。乙醛导致DNA复制异常和削弱修复作用的一个机制就是形成稳定的DNA络合物。有很多流行病学研究已经证实，携带ALDH2*2等位基因的亚洲人因酗酒引发消化道癌症的几率明显较大：胃癌、结肠癌、肺癌为3~10倍；咽癌、食道癌为11~15倍；而食道癌、咽癌和肺癌同时发病的几率增加了50倍。 参考文献 [1] Hempel J,etal.Aldehyde dehydrogenase.AlcohoJ.1993,25:105-116 [2]毛跟年,李鑫,瞿建波.乙醛脱氢酶及其医疗领域研究进展[J]. 天然产物研究与开发,2011,01:193-197. [3]吴桂英,吴元欣,赵玉凤,王存文,朱圣东,池汝安. 破碎酵母释放乙醛脱氢酶的研究[J]. 酿酒科技,2006,11:21-23. [4]刘清利,杨国武,郭蔼光,汪大敏,李皎. 乙醛脱氢酶高产菌株Z07-J01的选育与酶学特性[J]. 西北农业学报,2006,05:251-254. [5]王红波,雷明科,邓凡,赵玉凤,吴元欣,王存文. 巴氏醋杆菌产乙醛脱氢酶的培养基优化[J]. 食品科技,2009,05:6-9. [6] Crabb DW, etal.Genotype for aldehyde dehydrogenase deftciency and alcohol sensitivity. JClin Invest 1989 83: 314-316. [7]SunAJ.etal Proteamic analysis of myocardial mitochondria in rats with heart faikure Cardiovasc Drugs Ther.2004,18(1);21.