Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Alcol Deidrogenasi


Molecola del Mese di Gennaio 2001

Alcol Deidrogenasi
Brindiamo all'alcol deidrogenasi!
Mentre stiamo ancora smaltendo gli eccessi del veglione di capodanno, proviamo ad esaminare l'enzima che combatte senza sosta con lo spumante che abbiamo bevuto.
L'alcol deidrogenasi è la nostra difesa primaria contro l'alcol, una molecola tossica che compromette le funzioni del nostro sistema nervoso. Alti livelli dell'enzima alcol deidrogenasi nel fegato e nello stomaco riescono a smaltire circa un bicchierino di superalcolico ogni ora. L'alcol viene trasformato in acetaldeide, una molecola ancora più tossica che poi viene convertita rapidamente in acetato che invece è facilmente utilizzato dalle cellule. Così, una molecola pericolosa come l'alcol è convertita, attraverso l'enzima alcol deidrogenasi, in acetato, un normale alimento.

Forme e Funzioni
Il nostro corpo produce almeno nove forme diverse di alcol deidrogenasi, ognuna con proprietà lievemente diverse. La maggior parte di queste si trovano nel fegato, compresa la forma beta3 (codiceo PDB 1htb) e l'enzima simile di fegato di cavallo (codice PDB 6adh). La forma sigma (codice PDB 1agn) si trova nello stomaco. Ogni enzima è composto di due subunità e, cosa notevole, si possono scambiare tra loro le subunità provenienti da forme diverse, creando dimeri misti che sono ancora attivi. L'etanolo non è l'unico substrato di questi enzimi, che possono anche modificare il retinolo, gli steroidi, e gli acidi grassi. La varietà di forme dell'alcol deidrogenasi ci assicura che ce ne sarà sempre una perfetta per quel compito.

Conseguenze
L'alcol deidrogenasi offre una valida difesa contro l'etanolo, una tossina comune nel nostro ambiente. Ma questa protezione porta con sè dei pericoli. L'alcol deidrogenasi ossida anche altri alcoli, formando spesso prodotti pericolosi. Per esempio, il metanolo, che è usato talvolta per "denaturare" l'etanolo e renderlo imbevibile, viene convertito in formaldeide dall'alcol deidrogenasi. La formaldeide poi fa il danno, attaccando le proteine e denaturandole. Piccole quantità di metanolo provocano la cecità perchè vengono attaccate le proteine sensibili della retina. Maggiori quantità, forse anche un solo bicchiere, provocano danni devastanti e persino la morte.

Produrre Alcol
L'alcol deidrogenasi ha un ruolo centrale anche nella più antica industria biotecnologica: la fermentazione alcolica. I lieviti e molti batteri possiedono una forma più grande di alcol deidrogenasi, come quella mostrata qui a fianco sulla destra (codice PDB 1ykf). Nel levito questo enzima compie l'ultimo passaggio della conversione dello zucchero (glucosio) in energia, creando etanolo invece di eliminarlo. Lo zucchero viene rotto ed usato per produrre energia, formando anidride carbonica ed etanolo come prodotti di scarto che vengono eliminati nel liquido esterno alla cellula. L'uomo ha imparato ad utilizzare questo processo per far lievitare il pane e per produrre bevande alcoliche. Se il lievito fermenta gli zuccheri di un impasto di farina si ottiene un impasto lievitato per opera dell'anidride carbonica liberata, se il lievito fermenta gli zuccheri d'orzo si ottiene la birra, se il lievito fermenta succo d'uva si ottiene il vino.

Esplorando la Struttura
L'alcol deidrogenasi usa due "strumenti" molecolari per compiere la sua reazione sull'etanolo. Il primo è un atomo di zinco che viene usato per tenere in posizione il gruppo alcolico dell'etanolo. Il secondo è un grande cofattore NAD+ (che contiene la vitamina PP niacina) che è quello che compie la reazione di ossidazione.
La molecola mostrata qui (codice PDB 1adc) contiene molecole di etanolo legate ai due siti attivi. Per la determinazione della struttura è stato usato un analogo leggermente modificato del NAD
+, in modo che l'enzima non attacchi immediatamente l'etanolo. L'atomo di zinco, mostrato in azzurro, è tenuto in posizione da tre amminoacidi dalla proteina: cisteina 46 a sinistra, cisteina 174 a destra (notate i loro atomi di zolfo gialli), e istidina 67 in alto (notate l'anello con gli atomi di azoto blu). L'etanolo (mostrato in verde e magenta) è legato allo zinco che lo tiene vicino al NAD che si trova sotto la molecola di etanolo in questa figura.

Questa figura è stata creata con Chime. Anche voi potete realizzare immagini simili cliccando sul codice di accesso PDB e scegliendo una delle opzioni nel menù "View Structure