黄素脱氢酶

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脱氢酶(dehydrogenases)是一类催化物质氧化还原反应的酶,在酶学分类中属于第一大类。反应中被氧化的底物叫氢供体或电子供体,被还原的底物叫氢受体电子受体。当受体是O2时,催化该反应的酶称为氧化酶,其他情况下都称为脱氢酶。不同的脱氢酶几乎都根据其底物的名称命名。如琥珀酸脱氢酶催化的反应(图1)。

这个反应是可逆的,在一定条件下,这个反应平衡趋向左方,那么这个酶可称为反丁烯二酸还原酶。有时也可以由于产物的特殊重要性而以产物来命名,例如可的松还原酶等。

脱氨酶是已知酶中种类最多的一类,其中以催化供体中醇基团(—CHOH)、醛、酮基团(—HCO或—RCO)及烷基因(—CH2-CH2-)脱氢的为最常见。天然受体主要有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)和细胞色素

图2大多数脱氢酶的天然受体是NAD+或NADP+〔以下用NAD(P)+表示〕,例如苹果酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶等。脱氢酶的底物经这类脱氢酶的催化使NAD(P)+还原生成NAD(P)H。另一些脱氢酶以黄素为辅基,辅基在催化反应中进行氧化还原。例如琥珀酸脱氢酶,还原型烟酰胺腺嘌岭二核苷酸(NADH)脱氢酶,胆碱脱氢酶等。NADH以及一些直接以黄素为辅基的脱氢酶的底物通过脱氨酶的催化最后通过细胞色素系统而被氧氧化,此时释放出的能量供机体需要。它们与细胞色素系统电子传递链的连接大体上可以用简单的图(图2)来表示。

α-甘油磷酸,胆碱等可以分别通过相应的脱氢酶,在相当于琥珀酸脱氢酶的位置与电子传递链连接。

NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶都含有黄素辅基。NADH脱氢酶的辅基是黄素单核苷酸(FMN),以非共价键酶蛋白结合。琥珀酸脱氢酶的辅基是黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD),以共价键与酶蛋白的组氨酸结合。

NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶均含有非血红素铁和酸不稳定硫。利用顺磁共振了解了铁硫部分在电子传递过程中的氧化还原作用,以及它们在酶与膜结合过程中的作用,铁硫中心不稳定,往往是酶失活的原因,铁硫中心也是一些酶抑制剂的作用部位。

生物体中绝大多数氧化还原反应都是在脱氢酶及氧化酶的催化下进行。物质经脱氢酶催化氧化,最后通过电子传递链而被氧氧化,此时通过氧化磷酸化作用生成腺苷三磷酸(ATP),是异养生物体取得能量的主要途径。

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