Dehydrogenases zijn enzymen die betrokken zijn bij oxidatieprocessen. Ze komen in verschillende varianten voor in het menselijk lichaam en katalyseren bijvoorbeeld de afbraak van alcohol in de lever.
Wat zijn dehydrogenases?
Dehydrogenases zijn gespecialiseerde enzymen. De biokatalysatoren versnellen de natuurlijke oxidatie van substraten. Een stof die oxideert, verliest elektronen. Bij biologische reacties splitsen dehydrogenases waterstofanionen af van een substraat. Anionen zijn negatief geladen deeltjes.
In dit geval accepteert een waterstofatoom een elektron en ontvangt daardoor een negatieve elektrische lading. De eigenlijke reactie vindt plaats in het actieve centrum van het enzym. Wanneer de dehydrogenase het waterstofanion van een substraat splitst, nemen cofactoren de elektronen en de waterstof op. Cofactoren zijn moleculen die een helpende rol spelen bij enzymatische processen, maar niet bij de splitsing zelf. De cofactoren van dehydrogenases omvatten nicotinamide-adenine-dinucleotide (NAD +) en flavine-adenine-dinucleotide (FAD).
In tegenstelling tot dehydrogenases splitsen dehydratases complete watermoleculen af van hun substraat. Dehydrogenases kunnen ook de tegenreactie veroorzaken en bijdragen aan reductie in plaats van oxidatie. Tijdens reductie accepteert een deeltje elektronen in plaats van ze op te geven. Biologie kent dehydrogenases toe aan oxide reductases. Dit soort enzymen komen voor in elk levend organisme.
Functie, effect en taken
Dehydrogenases zijn een groep die bestaat uit talrijke gespecialiseerde enzymen. De individuele enzymen hebben verschillende taken in het menselijk lichaam. Biologie verdeelt de verschillende dehydrogenases in verdere subgroepen.
Aldehyde dehydrogenases (ALDH) vormen bijvoorbeeld een groep dehydrogenases die vooral in de lever voorkomen. Een ALDH is in de regel alleen verantwoordelijk voor een bepaald substraat en kan niet bijdragen aan de oxidatie van andere substraten. ALDH1A1, -1A2 en -1A3 verwerken bijvoorbeeld retina, dat wordt aangetroffen in vitamine A. Er zijn echter uitzonderingen op deze regel: ALDH2 kan bijvoorbeeld met verschillende substraten werken en is niet beperkt tot één stof.
In de lever breken dehydrogenases alcohol af, bijvoorbeeld ethanol. Ze helpen het bloed te reinigen, wat een van de belangrijkste taken van de lever is. Het ethanolmolecuul dokt eerst in het actieve centrum van een alcoholhydrogenase (ADH). Met behulp van het enzym oxideert de ethanol door het negatief geladen waterstofatoom af te splitsen en aan zijn cofactor NAD + te geven: op deze manier zet ADH ethanol om in aceetaldehyde. Acetaldehyde, of ethanal, is giftig en veroorzaakt een aantal gezondheidsproblemen.
Voedsel bevat normaal gesproken maar een kleine hoeveelheid ethanol, die het lichaam snel kan omzetten. Daarom zijn de ethanal-hoeveelheden maar klein. Het aceetaldehyde is op zijn beurt het substraat voor ALDH.ALDH katalyseert de omzetting van aceetaldehyde in azijnzuur voordat het azijnzuur verder kan worden gesplitst en afgebroken tot water en kooldioxide. In deze vorm zijn de moleculen volkomen onschadelijk.
Opleiding, voorkomen, eigenschappen en optimale waarden
De dehydrogenases bevinden zich meestal in de vloeibare delen van het celplasma of in de mitochondriën. Vrouwenlichamen produceren minder ADH dan mannenlichamen. Dit draagt eraan bij dat vrouwen gemiddeld gevoeliger zijn voor alcohol.
De exacte waarden van de verschillende dehydrogenases variëren niet alleen tussen verschillende enzymgroepen, maar ook tussen verschillende individuen en etnische groepen. In Oost-Azië en onder de inheemse volkeren van Amerika en Australië zijn de niveaus van ADH gemiddeld lager dan bijvoorbeeld bij Europeanen. Het menselijk genoom heeft 19 bekende genen die ALDH bepalen. Deze genen bevinden zich op het twaalfde chromosoom. Ze bepalen welke volgorde de aminozuren aannemen binnen eiwitketens.
De eigenschappen van de eiwitstructuren vloeien voort uit deze volgorde. De vorm van de dehydrogenases en dus hun functie hangt ook af van de volgorde van de aminozuren tijdens de synthese. ALDH2 bestaat bijvoorbeeld uit 500 aminozuren. In de regel maken de cellen dehydrogenases aan, die ze later ook nodig hebben; Hierdoor hoeven de stoffen niet getransporteerd te worden.
Ziekten en aandoeningen
Wanneer alcohol in het menselijk lichaam wordt afgebroken, wordt aceetaldehyde gevormd als tussenstadium. De stof is giftig; het enzym ALDH moet het daarom zo snel mogelijk omzetten in azijnzuur. Bij grotere hoeveelheden alcohol lukt dit echter meestal niet helemaal. Daarom blijft de kater een paar uur hangen na het nuttigen van alcohol.
De geneeskunde noemt het ook veisalgie. Typische symptomen zijn hoofdpijn, malaise, misselijkheid in de maag, braken en verminderde eetlust. Het concentratievermogen en het reactievermogen is vaak beperkt. Hoe gevoelig mensen zijn voor alcohol hangt onder meer af van hoeveel dehydrogenases de levercellen produceren. Dehydrogenases spelen ook een rol bij de ontwikkeling of instandhouding van verschillende ziekten. Vetaldehyde dehydrogenase (FALDH) speelt bijvoorbeeld een centrale rol bij het ontstaan van het syndroom van Sjögren.
De belangrijkste symptomen van het klinische beeld zijn mentale retardatie en progressieve spastische paraplegie. Spastische paraplegie is een neurodegeneratieve ziekte en wordt gekenmerkt door spastische verlamming van de benen. Het syndroom van Sjögren-Larsson betekent ook dat de hoornlaag van de huid meer uitgesproken is en duidelijk zichtbare huidschilfers vormt (ichthyosis). Naast deze drie hoofdsymptomen komen aandoeningen van het netvlies vaak voor. De oorzaak van het syndroom ligt in de genen die coderen voor FALDH. Door een mutatie synthetiseert het lichaam het enzymcomplex niet correct met FALDH. Als gevolg hiervan neemt de concentratie van vetalcoholen en vetaldehyden in het bloedplasma toe.
