Alcohol deshidroxenase

As **alcohol deshidroxenases** (**ADH**) () son un grupo de encimas deshidroxenases que están presentes en moitos organismos e facilitan a interconversión entre alcohois e aldehidos ou cetonas coa redución de dinucleótido de nicotinamida e adenina (NAD+) a NADH. Nos humanos e moitos outros animais serven para degradar os alcohois a varios metabolitos que doutro modo serían tóxicos, e tamén participan na xeración de aldehidos ou cetonas útiles, ou grupos alcohol durante as biosínteses de varios metabolitos. En lévedos, plantas e moitas bacterias algunhas alcohol deshidroxenases catalizan a reacción oposta como parte das súas fermentacións para asegurar unha subministración constante de NAD+, polo cal producen alcohol, como ocorre na fermentación alcohólica utilizada para producir bebidas alcohólicas.

## Evolución 
Evidencias xenéticas de comparación de múltiples organismos mostraron que unha formaldehido deshidroxenase dependente de glutatión, idéntica á alcohol deshidroxenase de clase III (ADH-3/ADH5), podería ser o encima ancestral de toda a familia da ADH. bastante cedo na evolución fíxose importante ter un método para eliminar o formaldehido endóxeno e exóxeno e esta capacidade conservou a ADH-3 ancestral nos xenomas ao longo do tempo. A duplicación xénica da ADH-3, seguida por unha serie de mutacións, conduciu á evolución das outras ADHs.

Nos humanos, a secuenciación do xene da ADH1B (que codifica unha alcohol deshidroxenase) mostrou que hai varias variantes funcionais. Nunha, hai un polimorfismo dun único nucleótido (SNP) que determina a presenza dun residuo de histidina (His) ou arxinina (Arg) na posición 47 do polipéptido maduro. Na variante con histidina, o encima é moito máis efectivo na conversión antes mencionada. Porén, o encima responsable da conversión do acetaldehido a acetato, non se ve afectado, o que fai que haxa diferentes velocidades de catálise do substrato e causa a acumulación de acetaldehido tóxico, causando danos. Varios haplotipos orixinados por esta mutación están máis concentrados en rexións do lese da  China, unha rexión coñecida polas súas baixas tolerancia e dependencia ao alcohol.

Realizouse un estudo para encontrar unha posible correlación entre a distribución alélica e o alcoholismo, e o resultado indica que esa a distribución alélica orixinouse á vez que o cultivo de arroz na rexión hai entre 12000 e 6000 anos. En rexións onde se cultivaba arroz, o arroz era fermentado orixinando etanol. Porén, a persistencia da variante con arxinina noutras poboacións indica que o efecto podería non ser moi forte.

## Descubrimento 
miniatura|LADH de cabalo (alcohol deshidroxenase hepática)

A primeira alcohol deshidroxenase (ADH) que se illou purificouse en 1937 a partir de *Saccharomyces cerevisiae* (o lévedo de panadería). Moitos aspectos do mecanismo catalítico do encima ADH hepático de cabalo foron investigados por Hugo Theorell e colegas. A ADH foi tamén un dos primeiros encimas oligoméricos dos que se obtivo a súa secuencia de aminoácidos e se determinou a súa estrutura tridimensional.

A inicios da década de 1960, descubriuse tamén nas moscas *Drosophila*.

## Propiedades 
As alcohol deshidroxenases comprenden un grupo de varios isocimas que catalizan a oxidación de alcohois primarios ou secundarios a aldehidos e cetonas, respectivamente, e tamén poden catalizar a reacción inversa.

#### Subunidades implicadas 
O substrato está coordinado ao zinc e este encima ten dous átomos de zinc por subunidade. Un átomo de Zn está no sitio activo, implicado na catálise. No sitio activo, os ligandos para o Zn son Cys-46, Cys-174, His-67 e unha molécula de auga. A outra subunidade está implicada na estrutura do encima e ten outro Zn. Neste mecanismo, o híbrido do alcohol vai ao NAD+. As estruturas cristalinas indican que a His-51 desprotona a nicotinamida ribosa, a cal desprotona a Ser-48. Finalmente, a Ser-48 desprotona o alcohol, orixinando un aldehido.

## Tipos 
### Humanos 
Nos humanos a ADH existe en moitas formas como dímero e está codificada por polo menos sete xenes diferentes (e orixínase polo menos seis encimas ao combinar os polipéptidos e formar heterodímeros). Hai cinco clases de alcohol deshidroxenase (I-V), pero as formas hepáticas que son as usadas principalmente en humanos son da clase I. A clase I consta das subunidades α, β e γ, que están codificadas nos xenes ADH1A, ADH1B e ADH1C. O encima está presente en altos niveis no fígado e no recubrimento interno do estómago. Cataliza a oxidación do etanol a acetaldehido (etanal):

:CH3CH2OH + NAD+ → CH3CHO + NADH + H+

Isto permite o consumo de bebidas alcohólicas, pero a súa función evolutiva é probablemente a degradación dos alcohois contidos de forma natural en alimentos ou producidos por bacterias no tracto dixestivo.

Outro propósito evolutivo pode ser o metabolismo do alcohol endóxeno da vitamina A (retinol), que xera a hormona ácido retinoico, aínda que esa función aquí pode ser principalmente a eliminación dos niveis tóxicos de retinol.

A alcohol deshidroxenase está tamén implicada na toxicidade doutros tipos de alcohol: Por exemplo, oxida o metanol para producir formaldehido e etilén glicol para render finalmente os ácidos glicólico e oxálico. Os humanos teñen polo menos seis alcohol deshidroxenases lixeiramente diferentes. Todas elas son dímeros (é dicir, constan de dous polipéptidos), e cada dímero ten dous ións zinc, Zn2+. Un destes ións é esencial para o funcionamento do encima: está localizado no sitio catalítico e sostén o grupo hidroxilo do alcohol no seu debido lugar.

A actividade da alcohol deshidroxenase varía entre homes e mulleres, entre mozos e vellos e entre poboacións de diferentes áreas do mundo. Por exemplo, as mulleres xoves non poden procesar o alcohol coa mesma rapidez que os homes xoves porque non expresan a alcohol deshidroxenase a un nivel tan alto, aínda que na mediana idade ocorre totalmente o contrario. O nivel de actividade pode non depender só do nivel de expresión senón tamén da diversidade de alelos entre a poboación.

Os xenes humanos que codifican as alcohol deshidroxenases das clases II, III, IV e V son ADH4, ADH5, ADH7 e ADH6, respectivaqmente.

### Lévedos e bacterias 
A diferenza dos humanos, os lévedos e bacterias (excepto as bacterias do ácido láctico e *E. coli* en certas condicións) non fermentan a glicosa a lactato. No seu lugar, fermentan a glicosa a etanol e  (fermentación alcohólica). Velaquí a reacción gloobal:

: Glicosa + 2 ADP + 2 Pi → 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

miniatura|esquerda|Alcohol deshidroxenase
En lévedos e moitas bacterias, a alcohol deshidroxenase desempeña unha importante función na fermentación: o piruvato resultante da glicólise convértese en acetaldehido e dióxido de carbono, e o acetaldehido é despois reducido a etanol (alcohol etílico) por unha alcohol deshidroxenase chamada ADH1. O propósito deste último paso é a rexeneración do NAD+, para que a ruta da glicólise xeradora de enerxía poida continuar. Os humanos aproveitan este proceso para producir bebidas alcohólicas, deixando que os lévedos fermenten diversos froitos ou grans. Os lévedos poden producir e despois consumir o seu propio alcohol (véxase máis abaixo).

A principal alcohol deshidroxenase dos lévedos é máis grande que a humana, e consta de catro subunidades en vez de dúas. Tamén contén zinc no seu sitio catalítico. Xunto coa alcohol deshidroxenase que contén zinc de animais e humanos, estes encimas de lévedos e moitas bacterias forman a familia das alcohol deshidroxenases de "cadea longa".

O lévedo de panadería *Saccharomyces cerevisiae* tamén ten outra alcohol deshidroxenase, ADH2, que evolucionou a partir dunha versión duplicada do cromosoma que contén o xene ADH1. Os lévedos utilizan a ADH2 para converter etanol de novo en acetaldehido, e exprésase só cando a concentración de azucre é baixa. Grazas a teren estes dous encimas (ADH1 e ADH2) os lévedos poden producor alcohol cando abunda o azucre (e este alcohol mata os microbios competidores) e despois continuar oxidando ese alcohol cando xa non hai azucre nin competidores.

### Plantas 
En plantas, a ADH cataliza a mesma reacción que en lévedos e bacterias para asegurar unha subministración constante de NAD+. O millo ten dúas versións do encima, a ADH1 e a ADH2; *Arabidopsis thaliana* ten só un xene de ADH. A estrutura da ADH de *Arabidopsis* está conservada nun 47% en relación coa ADH hepática de cabalo. Porén, os residuos importantes estrutural e funcionalmente, como os sete residuos que proprocionan ligandos para os átomos de zinc catalíticos e non catalíticos, están conservados, o que suxire que estes encimas teñen unha estrutura similar. A ADH exprésase constitutivamente a baixos niveis nas raíces de plantas novas que crecen en ágar. Se as raíces carecen de oxíxeno, a expresión do xene *ADH* increméntase significativamente. A súa expresión tamén aumenta en resposta á deshidratación, ás baixas temperaturas e ao ácido abscísico, e desempeña un importante papel na maduración da froita, desenvolvemento das plantiñas xerminadas e no desenvolvemento do pole. As diferenzas na secuencia de *ADH* en diferentes especies foron utilizadas para crear filoxenias que mostren a proximidade ou non de diferentes especies de plantas. O *ADH* é un xene ideal para estes estudos porque ten un tamaño conveniente (2–3 kb de lonxitude cunha secuencia codificante de ≈1000 nucleótidos) e un número baixo de copias.
*Alcohol deshidroxenase 2 de *Zymomonas mobilis* (xene adhB)
* Propanodiol oxidorredutase de *Escherichia coli*  (xene fucO), un encima implicado no metabolismo da fucosa e que tamén parece conter ións de ferro ferroso.
* Butanol deshidroxenases dependentes de NADPH e NADH de *Clostridium acetobutylicum*  (xenes adh1, bdhA e bdhB), encimas que usan butanol e etanol como substratos.
* adhE de *E. coli*, un encima dependente do ferro que  ten tres tipos de actividades: alcohol deshidroxenase, acetaldehido deshidroxenase (acetilante)  e piruvato-formiato-liase desactivase.
*Glicerol deshidroxenase bacteriana  (xene gldA ou dhaD).
* 4-Hidroxibutirato deshidroxenase dependente de NAD de *Clostridium kluyveri* (4hbd) 
* 1,3-Propanodiol deshidroxenase de *Citrobacter freundii* e *Klebsiella pneumoniae*  (xene dhaT)
* Metanol deshidroxenase dependente de NAD de *Bacillus methanolicus* 
*Proteína eutG para a utilización da etanolamina de *E. coli* e *Salmonella typhimurium*.
*Proteína hipotética yiaY de *E. coli*.

### Outros tipos 
Unha clase adicional de alcohol deshidroxenases pertence aos quinoencimas e require cofactores quinoides (por exemplo, pirroloquinolina  quinona, PQQ) como aceptores de electróns unidos ao encima. Un exemplo típico deste tipo de encima é a metanol deshidroxenase das bacterias metilotróficas.

## Aplicacións 
En biotransformación, as alcohol deshidroxenases utilízanse a miúdo para a síntese de estereoisómeros enantiomericamente puros de alcohois quirais. Con frecuencia, pode conseguirse unha alta quimio- e enantioselectividade. Un exemplo é a alcohol deshidroxenase de *Lactobacillus brevis* (*Lb*ADH), que se describe como un versátil biocatalizador. A alta quimioespecificidade foi confirmada tamén no caso de substratos que presentan dous sitios redox potenciais. Por exemplo o cinnamaldehido presenta tanto dobres enlaces alifáticos coma a función aldehido. A diferenza dos catalizadores convencionais, as alcohol deshidroxenases poden actuar selectivamente só neste último, rendendo exclusivamente cinnamil alcohol.

En células ou pilas de combustible, as alcohol deshidroxenases poden utilizarse para catalizar a degradación do combustible para unha pila de combustible de etanol. Os científicos da Universidade de Saint Louis utilizaron a alcohol deshidroxenase sostida con carbono con poli(verde de metileno) como ánodo, cunha membrana *Nafion*, para obter uns 50&nbsp;μA/cm2.

En 1949, E. Racker definiu o concepto de "unidade de actividade de alcohol deshidroxenase" como a cantidade de actividade deste encima que causa un cambio na densidade óptica de 0,001 por minuto baixo condicións estándar de ensaio. Recentemente, a definición internacional de unidade encimática (E.U.) fíxose máis común: unha unidade de alcohol deshidroxenase é a que converte 1,0 μmol de etanol en acetaldehido por minuto a pH 8,8 a 25&nbsp;°C.

## Importancia clínica 
### Alcoholismo 
Fixéronse estudos que mostraron que as variacións na ADH que inflúen no metabolismo do etanol teñen un efecto sobre o risco de dependencia do alcohol. O efecto máis forte débese a variacións na ADH1B que incrementan a velocidade á que o alcohol se converte en acetaldehido. Unha de ditas variantes é máis común en individuos do leste de Asia e de Oriente Medio, outra é máis común en individuos de África.

### Dependencia de drogas 
A dependencia das drogas é outro problema asociado coa ADH, que os investigadores pensan que podería esar ligada ao alcoholismo. Un estudo suxire que a dependencia das drogas está asociada a sete xenes de ADH, pero cómpre facer máis investigacións. A dependencia do alcohol e doutras drogas poden compartir algúns factores de risco, pero como a dependencia do alcohol adoita ser comórbida coa dependencia doutras drogas, a asociación da ADH coa dependencia doutras drogas pode non ser causal.

### Envelenamento 
O Fomepizole é un fármaco que inhibe competitivamente a alcohol deshidroxenase que pode utilizarse en casos de toxicidade causada por metanol ou etilén glicol. Impide a conversión do metanol ou etilén glicol nos seus metabolitos tóxicos (como o ácido fórmico, formaldehido ou glicolato). O mesmo efecto conséguese tamén ás veces co etanol, de novo por inhibición competitiva da ADH.

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
* Alcohol deshidroxenase (NAD(P)+)
* Aldehido deshidroxenase
* Oxidorredutase
* Contido de alcohol no sangue para taxas metabólicas

### Ligazóns externas 
* PDBsum ten ligazóns a estruturas tridimensionais de varias alcohol deshidroxenases contidas no Protein Data Bank
* ExPASy con ligazóns a secuencias de alcohol deshidroxenases en Swiss-Prot, para buscar literatura en Medline sobre o encima e entradas a outras bases de datos.
* PDBe-KB información da estrutura en PDB para a alcohol deshidroxenase 1A.
* PDBe-KB información da estrutura en PDB para a alcohol deshidroxenase 1B.
* PDBe-KB información da estrutura en PDB para a alcohol deshidroxenase 1C.
* PDBe-KB información da estrutura en PDB para a alcohol deshidroxenase 4.
* PDBe-KB información da estrutura en PDB para a alcohol deshidroxenase clase 3.