{{위키데이터 속성 추적}}
'''탈수소효소'''(脫水素酵素, {{llang|en|dehydrogenase}})는 [[전자 수용체]](보통 [[NAD+|NAD<sup>+</sup>]]/[[NADP+|NADP<sup>+</sup>]]<ref>An [[IUPAC]] panel on biochemical  thermodynamics convened by Robert Alberty pointed out that the oxidized form of NAD is negatively charged, and that NAD<sup>+</sup> is an inappropriate symbol for an anion [{{저널 인용|title=Recommendations for Nomenclature and Tables in Biochemical Thermodynamics (IUPAC Recommendations 1994)|journal=Pure and Applied Chemistry|last=Alberty|first=R.A.|date=1994|volume=66|issue=8|pages=1641–1666}}] However, NAD<sup>+</sup> and, similarly, NADP<sup>+</sup> remain in almost universal use and alternatives such as NAD<sub>oxidized</sub> have been very little adopted.</ref> 또는 [[FAD]]/[[플라빈 모노뉴클레오타이드|FMN]]과 같은 [[플라빈]] [[조효소]])를 [[환원]]시켜 [[반응물|기질]]을 [[산화]]시키는 [[산화환원효소]]의 한 종류이다. 모든 [[촉매]]와 마찬가지로 탈수소효소는 경우에 따라 정반응 및 역반응을 촉매하며, 이는 생리학적으로 매우 중요하다. 예를 들어 [[알코올 탈수소효소]]는 [[동물]]에서 [[에탄올]]을 [[아세트알데하이드]]로 산화시키는 반응을 촉매할 뿐만 아니라 [[효모]]에서 아세트알데하이드로부터 에탄올을 생성하는 등의 반응을 촉매한다.

== IUBMB 분류 ==
산화환원반응을 촉매하는 효소인 산화환원효소는 효소 촉매 반응의 [[IUBMB]] 분류에서 EC 1을 구성한다.<ref name = ":4" /> 이들 중 어느 것이라도 탈수소효소라고 부를 수 있는데, 특히 NAD<sup>+</sup>가 전자 수용체(산화제)인 것들이다. [[환원효소]]는 기질의 환원을 생리적으로 강조할 때 사용되며, [[산화효소]]는 [[산소|O<sub>2</sub>]]가 [[전자 수용체]]일 때만 사용된다.<ref name="rules">{{웹 인용
|url = https://www.qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/rules.html
|title = Classification and Nomenclature of Enzymes by the Reactions they Catalyse
|access-date = 30 March 2021
}}</ref> 산화환원효소의 계통명은 "공여체:수용체 산화환원효소"이지만, 가능하면 "공여체 탈수소효소"로 보다 편리하게 명명된다.

== 촉매 반응 ==
[[파일:Sulcatone reductase reaction.PNG|섬네일|환원효소에 의해 촉매되는 반응]]
탈수소효소는 [[수소]]([[전자]]와 함께)를 [[전자 수용체]]로 전달하여 [[반응물|기질]]을 [[산화]]시킨다. 탈수소효소의 일반적인 전자 수용체는 [[NAD+|NAD<sup>+</sup>]] 또는 [[FAD]]이다. 이것은 기질의 산화로 간주되어 기질이 수소 원자를 잃거나 물로부터 산소 원자를 얻는다.<ref name=":3">{{웹 인용|url = http://www.chemguide.co.uk/inorganic/redox/definitions.html|title = Definitions of Oxidation and Reduction (Redox)|date = 2002|access-date = February 14, 2016|website = Chemguide|last = Clark|first = Jim}}</ref> "탈수소효소(dehydrogenase)"라는 이름은 수소(hydrogen)의 제거(de-)를 촉매하는 효소(-ase)라는 의미에서 명명되었다. 탈수소효소의 반응은 일반적으로 두 가지 형태로 나타난다. 하나는 [[수소화물]]의 전달과 [[양성자]](H<sup>+</sup>)의 방출(종종 두 번째 반응물로서 물과 함께)이며, 다른 하나는 두 개의 수소의 전달이다.

=== 수소화물의 전달 및 양성자의 방출 ===
때때로 탈수소효소의 촉매 반응은 [[수소화물]]이 전달되는 경우 다음과 같이 나타낼 수 있다.
: AH + B<sup>+</sup> ↔ A<sup>+</sup> + BH
[[파일:Alcohol dehydrogenase.png|섬네일|500px|알코올 탈수소효소는 전자 운반체인 NAD<sup>+</sup>의 도움으로 에탄올을 산화시켜 아세트알데하이드를 생성한다.]]
A는 산화될 기질을 나타내고, B는 수소화물 수용체를 나타낸다. 수소화물이 A에서 b로 전달될 때 A가 양전하를 띠는 것에 주목해야 한다. 이것은 효소가 수용체를 BH로 환원시키기 위해 기질로부터 두 개의 전자를 가져오기 때문이다.

탈수소효소의 촉매 반응의 결과가 기질을 항상 양전하를 띠도록 만드는 것은 아니다. 때때로 기질은 양전하를 잃는다. 이것은 이중 결합으로 이동하는 자유 전자를 기질에 남길 수 있다. 이는 알코올이 기질일 때 자주 일어난다. 산소에서 양성자가 떠날 때 산소의 자유 전자는 이중 결합을 생성하는 데 사용된다. 오른쪽에 예시된 그림에서 알코올 탈수소효소에 의해 에탄올이 아세트알데하이드로 산화되는 것을 볼 수 있다.<ref name=":4">{{웹 인용
|url = https://qmul.ac.uk/sbcs/iubmb/enzyme/
|title = Enzyme Nomenclature: Recommendations of the Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology on the Nomenclature and Classification of Enzymes by the Reactions they Catalyse
|access-date = 29 March 2021
}}</ref>

또 다른 가능성은 물 분자가 반응에 참여하여 [[수산화물|수산화물 이온]]은 기질에 제공하고 양성자는 외부로 방출하는 것이다. 기질에 대해서는 1개의 산소 원자를 추가하는 것이다. 이러한 경우는 아세트알데하이드 탈수소효소에 의한 [[아세트알데하이드]]의 [[아세트산]]으로의 산화, [[에탄올]] 대사, [[식초]] 생산 과정에서 볼 수 있다.

=== 두 개의 수소결합 ===
[[파일:Krebs_cycle_6_succinate_to_fumarate.svg|섬네일|석신산 탈수소효소에 의해 촉매되는 반응에서는 2개의 수소가 제거될 때 중앙에 있는 2개의 탄소 사이에 이중 결합이 형성되는 것에 주목해야 한다.]]
위의 경우 탈수소효소는 [[양성자]](H<sup>+</sup>)를 방출하면서 [[수소화물]]을 전달했지만, 탈수소효소는 [[FAD]]를 [[전자 수용체]]로 사용하여 두 개의 [[수소]]를 전달할 수도 있다. 이것은 AH<sub>2</sub> + B ⇄ A + BH<sub>2</sub>로 나타낼 수 있다. 일반적으로 [[이중 결합]]은 [[석신산 탈수소효소]]가 촉매하는 반응에서와 같이 수소가 제거된 두 원자 사이에 형성된다. 두 개의 수소는 전자와 함께 운반체 또는 다른 생성물로 전달된다.

=== 탈수소효소 반응의 확인 ===
산화 반응을 촉매하는 [[산화환원효소]]의 하류 부류 간의 차이는 [[전자 수용체]]에 있다.<ref name=":1">{{서적 인용
|title = Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level
|last1 = Voet |first1 = Donald
|last2 = Voet |first2 = Judith G.
|last3 = Pratt |first3 = Charlotte W.
|edition = 5th
|publisher = Wiley
|date = 2016
|location = New York
|isbn =  9781118918401
}}</ref>
[[파일:Vanillyl-alcohol oxidase reaction.PNG|섬네일|산화효소에 의해 촉매되는 반응은 전자 수용체인 산소의 환원에 주목해야 한다.]]
탈수소효소와 [[산화효소]]는 전자 수용체로 쉽게 구별할 수 있다. 산화효소는 [[반응물|기질]]에서 [[전자]]를 제거하지만, 전자 수용체로 [[산소]]만 사용한다. 산화효소의 반응은 AH<sub>2</sub> + O<sub>2</sub> ↔ A + H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>와 같이 나타낼 수 있다.

때때로 산화효소의 반응은 4A + 4H<sup>+</sup> + O<sub>2</sub> ⇄ 4A<sup>+</sup> + 2H<sub>2</sub>O처럼 보일 수도 있다. 이 경우 효소는 기질에서 전자를 떼어내고 유리 양성자를 사용하여 산소를 환원시켜 기질에 양전하를 남긴다. 이때는 [[생성물]]이 [[과산화 수소]]가 아닌 [[물]]이다. 이와 같은 기능을 하는 산화효소의 예로는 [[전자전달계]]의 복합체 IV가 있다.<ref>{{저널 인용|last1=Yoshikawa|first1=Shinya|last2=Shimada|first2=Atsuhiro|date=2015-01-20|title=Reaction Mechanism of Cytochrome c Oxidase|journal=Chemical Reviews|language=EN|volume=115|issue=4|pages=1936–1989|doi=10.1021/cr500266a|pmid=25603498}}</ref>

산화효소는 일반적으로 이수소(H<sub>2</sub>)의 당량을 전달하고 수용체는 이산소(O<sub>2</sub>)이다. 유사하게 [[과산화효소]](산화환원효소의 하위 부류)는 전자 수용체로 산소가 아닌 과산화 수소(H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>)를 사용한다.<ref name=":4" />

== 전자 수용체 ==
[[파일:NAD+ phys alt.svg|섬네일|170x170px|니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NAD)의 구조]]
탈수소효소는 기질에서 전자 운반체로 [[전자]]를 전달한다. 어떤 전자 운반체가 사용되는지는 일어나는 반응에 따라 다르다. 일반적으로 사용되는 [[전자 수용체]]는 [[NAD+|NAD<sup>+</sup>]], [[FAD]], [[NADP+|NADP<sup>+</sup>]]이다. 이 과정에서 전자 운반체가 환원되고 [[반응물|기질]]의 [[산화제]]로 간주된다. 전자 운반체는 보통 [[보조 인자]] 중에서 [[조효소]]에 속하는 것들이다.<ref name=":1" />

=== NAD<sup>+</sup> ===
NAD<sup>+</sup>([[니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드]])는 두 개의 [[뉴클레오타이드]]를 포함하고 있는 다이뉴클레오타이드이다. 포함하고 있는 뉴클레오타이드 중 하나는 아데닌 그룹이고, 다른 하나는 [[니코틴아마이드]]이다. NAD<sup>+</sup>를 환원시키려면 니코틴아마이드의 6탄소 고리에 1개의 수소와 2개의 전자를 제공해야 한다. 1개의 전자가 양으로 하전된 질소 반대편의 탄소에 추가되어 고리 내의 결합이 재배열되어 질소에 더 많은 전자를 제공할 수 있다. 이러한 결과로 양전하를 잃게 된다. 다른 전자는 추가되는 수소(H)로부터 빼앗아 와서, 수소 이온(H<sup>+</sup>)을 용액에 남기게 된다.<ref name=":1" /><ref name=":0" /> <blockquote>NAD<sup>+</sup>의 환원: NAD<sup>+</sup> + 2H<sup>+</sup> + 2e<sup>−</sup> ⇄ NADH + H<sup>+</sup></blockquote>NAD<sup>+</sup>는 [[아데노신 삼인산|ATP]]를 생성하기 위해 에너지 분자를 분해하는 [[해당과정]]과 같은 [[이화작용|이화 경로]]에서 주로 사용된다. NAD<sup>+</sup>/NADH의 비율은 [[세포]] 내에서 매우 높게 유지되기 때문에 NAD<sup>+</sup>는 [[산화제]] 역할을 쉽게 할 수 있다.<ref name=":0">{{서적 인용|title = Molecular Biology of the Cell|last1 = Alberts|first1 = B|publisher = Garland Science|year = 2002|isbn = 978-0-8153-3218-3|location = New York|last2 = Johnson|first2 = A|url = https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26838/#A273|display-authors=etal}}</ref><ref name=":5">{{저널 인용|last=Ying|first=Weihai|s2cid=42000527|date=2008-02-01|title=NAD+/NADH and NADP+/NADPH in cellular functions and cell death: regulation and biological consequences|journal=Antioxidants & Redox Signaling|volume=10|issue=2|pages=179–206|doi=10.1089/ars.2007.1672|issn=1523-0864|pmid=18020963}}</ref>
[[파일:NADP+ phys alt.svg|섬네일|196x196px|니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산(NADP)의 구조]]

=== NADP<sup>+</sup> ===
NADP<sup>+</sup>([[니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산]])은 [[아데노신]]의 [[리보스]] 고리에 [[인산염|인산기]]가 추가되었다는 점에서만 NAD<sup>+</sup>와 다르다. 인산기의 첨가는 운반체의 전자운반 능력에는 영향을 미치지 않는다. 인산기는 서로 다른 효소들의 활성 부위에 결합하는 NADP<sup>+</sup>와 NAD<sup>+</sup>간에 충분한 차이를 만들기 때문에 일반적으로 NADP<sup>+</sup>와 NAD<sup>+</sup>는 각각 서로 다른 유형의 반응들을 촉매한다.<ref name=":5" /><ref name=":6">{{웹 인용|url=http://watcut.uwaterloo.ca/webnotes/Metabolism/hmsNadphRole.html|title=The physiological role of NADPH|website=watcut.uwaterloo.ca|access-date=2016-03-06|archive-date=2016-03-06|archive-url=https://web.archive.org/web/20160306193914/http://watcut.uwaterloo.ca/webnotes/Metabolism/hmsNadphRole.html|url-status=}}</ref>

NADP<sup>+</sup>와 NAD<sup>+</sup> 두 전자 운반체는 [[효소]]에 의해 쉽게 구별되며 서로 다른 반응에 참여한다. NADP<sup>+</sup>는 주로 [[동화작용]] 또는 [[생합성|생합성 경로]]를 촉매하는 효소와 함께 작용한다.<ref name=":6" /> 특히 NADPH는 이러한 반응에서 [[환원제]]로 작용하여 반응 후에 NADP<sup>+</sup>를 생성한다. 이들은 ATP를 사용하여 기질을 좀 더 복잡한 생성물로 전환하는 [[대사 경로]]들이다. 동화 경로 및 이화 경로에 대해 두 개의 구별되는 전자 운반체를 갖는 이유는 [[물질대사|대사]]의 조절과 관련이 있다.<ref name=":0" /> 세포에서 NADP<sup>+</sup>/NADPH의 비율은 다소 낮게 유지되기 때문에 NADPH는 환원제로 쉽게 사용될 수 있다. 일반적으로 NADP<sup>+</sup>가 [[산화제]]로 사용되는 것보다 NADPH가 [[환원제]]로 더 많이 사용된다.<ref name=":5" />

=== FAD ===
[[파일:FAD.svg|섬네일|플라빈 아데닌 다이뉴클레오타이드(FAD)의 구조]]
FAD([[플라빈 아데닌 다이뉴클레오타이드]])는 아데닌 뉴클레오타이드와 [[플라빈 모노뉴클레오타이드]](FMN)로 구성된 [[보결분자단]](기능에 필요한 단백질에 결합된 비폴리펩타이드 단위)이다.<ref>{{저널 인용|title = Sequence-structure analysis of FAD-containing proteins|journal = Protein Science|date = 2001-09-01|issn = 1469-896X|pmc = 2253189|pmid = 11514662|pages = 1712–1728|volume = 10|issue = 9|doi = 10.1110/ps.12801|language = en|first1 = Orly|last1 = Dym|first2 = David|last2 = Eisenberg}}</ref> FAD는 독특한 [[전자 수용체]]이다. 완전히 환원된 형태는 FADH<sub>2</sub>(하이드로퀴논 형태로 알려짐)이지만 FAD를 환원시키거나 FADH<sub>2</sub>를 산화시킴으로써 FADH로 부분적으로 산화·환원시킬 수 있다.<ref>{{저널 인용|title = Riboflavin Metabolism|journal = New England Journal of Medicine|date = 1970-08-27|issn = 0028-4793|pmid = 4915004|pages = 463–472|volume = 283|issue = 9|doi = 10.1056/NEJM197008272830906|first = Richard S.|last = Rivlin}}</ref> 탈수소효소는 일반적으로 FAD를 FADH<sub>2</sub>로 완전히 환원시킨다. FADH를 생성하는 경우는 드물다.

FAD의 [[이중 결합]] [[질소]] [[원자]]는 기질에서 두 개의 수소 원자를 취할 수 있는 좋은 수용체가 된다. 한 개가 아닌 두 개의 원자를 사용하기 때문에 새로 산화된 기질에 이중 결합이 형성될 때 FAD가 종종 관련된다.<ref>{{웹 인용|url=http://www.blobs.org/science/article.php?article=35#5|title=blobs.org - Metabolism|website=www.blobs.org|access-date=2016-03-01|archive-date=2016-02-01|archive-url=https://web.archive.org/web/20160201065212/http://www.blobs.org/science/article.php?article=35#5|url-status=}}</ref> 한 개의 양성자(H<sup>+</sup>)만을 취하는 NAD<sup>+</sup>와 NADP<sup>+</sup>와는 달리 FAD는 두 개의 전자와 두 개의 양성자(H<sup>+</sup>)에 의해 환원된다.

== 예 ==
=== 생물학적 의미 ===
[[파일:Aldehyde dehydrogenase mechanism.png|섬네일|535x535px|알데하이드 탈수소효소의 메커니즘에서 NAD<sup>+</sup>를 전자 수용체로 사용하는 것에 주목해야 한다.]]
[[알데하이드]]는 많은 생리적 과정의 자연적인 [[부산물]] 뿐만 아니라 스모그와 자동차 배기 가스의 형태로 환경으로 배출되는 많은 산업적 과정의 결과물이다. 알데하이드가 [[뇌]]와 심막에 축적되면 사람의 건강에 해로울 수 있는데, 이느 알데하이드가 중요한 분자들과 함께 부가물을 형성하고 이들을 불활성화시킬 수 있기 때문이다.<ref name=":7" />

알데하이드가 얼마나 광범위하게 퍼져 있는지를 고려할 때 알데하이드를 산화시켜 휘발성이 적은 화합물로 전환시키는 효소가 있어야 한다. [[알데하이드 탈수소효소]](ALDH)는 신체에서 독성 알데하이드를 제거하는 기능을 하는 NAD<sup>+</sup> 의존성 [[효소]]로 주로 [[세포]]의 [[미토콘드리아]]에서 기능을 한다. 알데하이드 탈수소효소는 [[에탄올]]의 [[대사 중간생성물]]인 [[아세트알데하이드]]의 [[해독]]을 주로 담당한다. ALDH2 [[유전자]](19가지의 알데하이드 탈수소효소 유전자 중 하나)의 [[돌연변이]]는 아세트알데하이드의 축적으로 인해 [[알코올]](에탄올)을 마신 후 얼굴이 붉어지는 [[동아시아인]]들에게서 흔히 일어나는 것으로 나타났다.<ref>{{저널 인용|title = Population genetic studies on aldehyde dehydrogenase isozyme deficiency and alcohol sensitivity|last1 = Goedde|first1 = HW|date = 1983|journal = Am J Hum Genet|pmid = 6881146|last2 = Agarwal|first2 = DP|pmc=1685745|volume=35|issue = 4|pages=769–72}}</ref> 이러한 아세트알데하이드의 축적은 또한 충분히 빨리 분해되지 않으면 두통과 [[구토]]([[숙취]] [[증상]])을 유발하며, 이는 알데하이드 탈수소효소 결핍증이 있는 사람들이 알코올에 나쁜 영향을 보이는 또 다른 이유이다.<ref>{{웹 인용|url=http://health.howstuffworks.com/wellness/drugs-alcohol/hangover4.htm|title=How Hangovers Work|website=HowStuffWorks|access-date=2016-03-06|date=2004-10-12}}</ref> 중요한 것은 알데하이드 탈수소효소가 부족하면 [[심근 경색]]의 위험이 증가하는 반면 활성화는 효소가 [[허혈]]로 인한 손상을 감소시키는 능력을 보여준다.<ref name=":7">{{저널 인용|title = Mitochondrial aldehyde dehydrogenase and cardiac diseases|journal = Cardiovascular Research|date = 2010-10-01|issn = 0008-6363|pmc = 2936126|pmid = 20558439|pages = 51–57|volume = 88|issue = 1|doi = 10.1093/cvr/cvq192|language = en|first1 = Che-Hong|last1 = Chen|first2 = Lihan|last2 = Sun|first3 = Daria|last3 = Mochly-Rosen}}</ref>

알데하이드 탈수소효소의 불활성화는 많은 [[암]]들의 메커니즘에서 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 알데하이드 탈수소효소는 [[세포 분화]], 세포 증식, 산화, 약물 내성에서 기능한다.<ref>{{저널 인용|title = High aldehyde dehydrogenase activity identifies tumor-initiating and metastasis-initiating cells in human prostate cancer|journal = Cancer Research|date = 2010-06-15|issn = 1538-7445|pmid = 20516116|pages = 5163–5173|volume = 70|issue = 12|doi = 10.1158/0008-5472.CAN-09-3806|first1 = Christel|last1 = van den Hoogen|first2 = Geertje|last2 = van der Horst|first3 = Henry|last3 = Cheung|first4 = Jeroen T.|last4 = Buijs|first5 = Jenny M.|last5 = Lippitt|first6 = Natalia|last6 = Guzmán-Ramírez|first7 = Freddie C.|last7 = Hamdy|first8 = Colby L.|last8 = Eaton|first9 = George N.|last9 = Thalmann|doi-access = free}}</ref> 이들 효소는 인체에 존재하는 다양한 종류의 탈수소효소의 한 예일 뿐이다. 이들의 광범위한 기능과 불활성화 또는 돌연변이가 중요한 세포 과정에 미치는 영향은 신체의 항상성을 유지하는 데 있어 모든 탈수소효소의 중요성을 보여준다.

=== 탈수소효소의 예 ===
* [[아세트알데하이드 탈수소효소]]
* [[알코올 탈수소효소]]
* [[델타12-지방산 탈수소효소]]
* [[글루탐산 탈수소효소]] ([[글루탐산]]을 [[α-케토글루타르산]] 또는 그 반대로 전환시킬 수 있는 효소)
* [[젖산 탈수소효소]] (혐기성 해당과정에서 NADH를 다시 NAD<sup>+</sup>로 전환시키는 데 사용되며, 역반응에서는 NADH를 생성함)
* [[피루브산 탈수소효소]] (NAD<sup>+</sup>를 사용하여 [[피루브산]]을 [[아세틸-CoA]]로 전환시키며, 아세틸-CoA를 [[시트르산 회로]]로 공급하는 일반적인 효소. 이 반응에서 기질은 산화될 뿐만 아니라 [[이산화 탄소]](CO<sub>2</sub>)를 방출하고 [[CoA]]와 결합함)
* [[포도당 6-인산 탈수소효소]] ([[5탄당 인산 경로]]에 관여하며 [[NADPH]]를 생성함)
* [[글리세르알데하이드 3-인산 탈수소효소]] ([[해당과정]]에 관여하며, NAD<sup>+</sup>를 사용함)
* [[소르비톨 탈수소효소]]

시트르산 회로에서의 예:
* [[아이소시트르산 탈수소효소]] (NAD<sup>+</sup>를 사용하며, NADP<sup>+</sup>를 사용하는 [[동질효소]]도 존재함)
* [[α-케토글루타르산 탈수소효소]] (NAD<sup>+</sup>를 사용함)
* [[석신산 탈수소효소]] (FAD를 사용함)
* [[말산 탈수소효소]] (NAD<sup>+</sup>를 사용함)

== 각주 ==
{{각주}}

{{효소}}

{{전거 통제}}

[[분류:산화 환원 효소]]