Alkoholdehydrogenase

Alkoholdehydrogenase (ADH) 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.

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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 Zitronensäurezyklus in Wasser und Kohlenstoffdioxid. Für das Einschleusen in den Zitronensäurezyklus 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 viel Alkohol der Mensch verträgt. Im Allgemeinen haben Ostasiaten und indigene Völker Amerikas eher geringe Mengen ADH im Körper - dies ist neben der Tatsache, dass diese Menschen eine weniger effektive Version des Enzyms Acetaldehyddehydrogenase besitzen mit ein Grund für deren im Vergleich zu anderen Völkern erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Ethanol.

Die Alkoholdehydrogenase dient im Menschen und in vielen Tieren auch 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:

C₂H₅OH + NAD⁺ → C₂H₄O + NADH + H⁺

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 Ethylenglykol zu Glykol- und Oxalsäure. Die konventionelle Behandlung dieser Art von Vergiftungen besteht in der Applikation von 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-Fluor-Ethanol. Außerdem hemmen alle Rheumamittel/Schmerzmittel vom Typ der NSAR die ADH mehr oder minder stark.

In Hefen und vielen Bakterien spielt die Alkoholdehydrogenase eine wichtige Rolle in der Fermentation:

Pyruvat aus der Glykolyse wird in Acetaldehyd und Kohlendioxid umgewandelt, und dann von der ADH 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 stark verwandt.

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

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