课堂教学随笔：脱氢酶是不是氧化酶

1、课堂教学随笔：脱氢酶是不是氧化酶?摘要：氧化还原反应是物质代谢中的一类重要反应，催化这类反应的酶统称为氧化还原酶。然而教材 中的氧化还原酶名称各异。学生常常疑惑，看似类似的反应，酶的名称却不同。氧化还原酶的系统命 名原则主要取决于酶作用的对象以及氧化或脱氢的电子受体，一般称之为A : B氧化还原酶（A电子的 供体，B电子的受体），但习惯上推荐使用的名称则因所催化的反应不同而异。脱氢酶和氧化酶同属于 氧化还原酶类，但催化不同类型的反应，因此不能混淆。本文拟归纳氧化还原酶类中各种酶的功能特 点，以期对青年教师和学生的教、学有所帮助。关键词：氧化还原反应；氧化还原酶；氧化酶；脱氢酶；加氧酶An es

2、say on classroom teaching of Biochemistry:is dehydrogenase an oxidase?Abstract: Redox reaction is a kind of important reaction in material metabolism. The enzymes catalyzing this kind of reactions are called oxidoreductases. However, there are different names for oxidoreductases in textbooks. Studen

3、ts often wonder why the names of enzymes catalyzing similar reactions are different. The principle of oxidoreductase nomenclature mainly depends on the object of the enzyme acting on and the electron acceptor of oxidation or dehydrogenation. It is generally called A : B oxidoreductase (A, the donor

4、of electron; B, the acceptor of electron), but the accepted name in practice varies with the reaction it catalyzes. Dehydrogenase and oxidase belong to the oxidoreductases, but they catalyze different types of reactions. Therefore, they should not be confused. This paper will summarize the functiona

5、l characteristics of various enzymes in oxidoreductases in order to help young teachers and students in their teaching and learning.Key Words: redox reaction; oxidoreductase; oxidase; dehydrogenase; oxygenase在生物化学的课堂上，常有学生问到：脱氢 酶不就是氧化酶吗？这得从氧化还原反应和氧化 还原酶类说起。物质代谢是生物化学教学过程中的重要一 环，其中很多代谢改变属于氧化还原反应。一般 可以

6、从3个层次来理解氧化还原反应。狭义的氧化 反应指物质与氧结合，还原反应指物质失去氧的 过程。广义的氧化和还原是指物质失去电子或得 到电子的过程。在有机物反应中，有机物与氧结合 或脱去氢的作用叫氧化，反之则称作为还原。实际 上，在生物化学教学中，这3种情况都是存在的。在物质代谢过程中，催化氧化还原反应的一 类酶，在酶学分类上称之为氧化还原酶类(oxidore- ductases, EC 1)。但是，在教学过程中会发现，参 与物质代谢的氧化还原酶名称各不相同，如脱氢 酶、需氧脱氢酶、不需氧脱氢酶、还原酶、氧化 酶、加氧酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶等。 每一个酶该用什么样的名称？这些酶彼此之间又

7、有什么异同？学生往往比较困惑。实际上，氧化 还原酶的分类及命名原则主要取决于酶作用的对 象以及氧化或脱氢的电子受体，一般均可称之为 A：B氧化还原酶(系统命名，A电子的供体，B电 子的受体)，但习惯上常用的名称(推荐名称)则因所 催化的反应不同而异1-2o本文简单介绍一下在生 物化学课程教学中经常见到的各类氧化还原酶的功 能特点，以帮助青年教师的教学和学生的学习。1 脱氢酶(dehydrogenase)与还原酶(reductase)脱氢酶，顾名思义催化脱氢反应，反应脱下 的氢由受氢体接受，受氢体多为NAD+、NADP+、 细胞色素等，但不包括分子氧。尽管在有机反应 中，脱氢就是氧化，脱氢酶本质

8、上是氧化酶，但一 般不称为氧化酶，作为专有名词的氧化酶另有所 指。常见的脱氢酶有我们在糖代谢中见到的乳酸脱 氢酶(L-lactate dehydrogenase, EC 1.1.1.27)和氨基酸代 谢中见到的谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase, EC 1.4.1.3)等。值得注意的是，不同脱氢酶催化同 一底物脱氢，要求的受氢体可能不一样，如同样 都是醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase),但醇脱氢酶 (EC 1.1.1.1)、醇脱氢酶(EC 1.1.1.2)和醇脱氢酶 (EC 1.1.2.8)的受氢体分别为NAD+、NADP+和细胞 色素/-有时，也

9、可根据脱氢酶催化反应的逆反应， 将脱氢酶称之为相应的还原酶。如醇脱氢的产物 是醛(酮)，所以，上述的醇脱氢酶也可以称为醛还 原酶(aldehyde reductase)。2氧化酶(oxidase)、加氧酶(oxygenase)与混 合功能氧化酶(mixed function oxidase)如上所述，脱氢酶催化的反应不包括分子氧 为受氢体的反应，但有许多氧化还原酶确实使用 分子氧为电子受体。然而，并非所有的这些酶都 将氧结合到产物中去，因此，根据氧是否结合到 产物，将这类酶分为氧化酶和加氧酶(表1,图1)。 氧化酶以分子氧为电子受体，但氧原子并不出现 在氧化的产物中，通常转变成H2O2。如氨基

10、酸代谢 中的氨基酸氧化酶，催化氨基酸氧化脱氨(表1)； 脂肪酸在过氧化物酶体的氧化过程中，酰基辅酶A 氧化酶(acyl-CoA oxidase, EC 1.3.3.6)催化脂酰辅酶 A脱氢产生双键和H2O2。氧化酶产物也可以是 H2O，如NADH氧化酶(EC 1.6.3.4)催化NADH氧化 成H2O。线粒体电子传递链中的细胞色素c氧化酶 (cytochrome c oxidase, EC 1.9.3.1，现改为EC 7.1.1.9)，催化将细胞色素c的电子传递给。2,产生 H2O。氧化酶有时并不叫氧化酶，而是根据其催化 反应特点更加具象化，如硬脂酰CoA去饱和酶 (stearoyl-CoA

11、9-desaturase, EC 1.14.19.1)，其本质 就是氧化酶。多数氧化酶通常是与黄素(flavin)核 苷酸FMN、FAD结合的蛋白质，也称之为黄素蛋 白(flavoprotein)。加氧酶以分子氧为电子的受体，氧原子直接 进入到氧化的产物中，形成新的羟基或羧基。其 中，双加氧酶(dioxygenases, EC 1.13.11)催化氧分 子的2个氧原子都结合到有机物的产物分子，常见 的例子有色氨酸2,3-双加氧酶(tryptophan 2,3-dioxy- genase, EC 1.13.11.11)，催化色氨酸分解代谢时五 元环的打开(图1)国。然而，单加氧酶(monooxy

12、genases )催化的反应只有一个氧原子进入有机物的产 物分子中，另一个氧原子则还原成H2O。实际上， 此类酶需要2个底物分别作为氧分子中2个氧原子 的还原剂，主要底物接受其中的1个氧原子，辅助 底物提供氢原子去还原另外一个氧原子成H2O。氢 原子可以由FMNH2/FADH2、NADH/NADPH或其 他分子提供。例如氨基酸代谢中见到的苯丙氨酸4- 单加氧酶(phenylalanine 4-monooxygenase, EC 1.14.16.1)，催化苯丙氨酸羟化成酪氨酸。由于单加氧酶催化反应中的主要底物通常是 被羟基化，因而单加氧酶也被称作为羟化酶 (hydroxylase)o习惯上，前述

13、的苯丙氨酸4-单加氧 酶也称为苯丙氨酸羟化酶(phenylalanine hydroxylase) o 细胞色素P-450也是一类常见的单加氧酶， 细胞内的很多单加氧氧化反应(羟化反应)都由细胞 色素P-450催化完成。因为单加氧酶能同时氧化两 个不同的底物，所以也被称作为混合功能氧化酶表1各种氧化还原酶的功能特点名称功能特点举例（名称、编号、反应）教材中实例脱氢酶NAD NADP 细 胞色素等氧分子以外 的辅助因子为氢或电 子的受体谷氨酸脱氢酶(EC 141.3); L-glutamate + H2O + NAD(P)+ =a-ketoglutarate + NH3 + NAD(P)H +（

14、乙醇，乙醛，3-磷酸甘油醛，乳酸，丙酮酸，二氢硫辛酰，异柠檬 酸,a-酮戊二酸，琥珀酸,苹果酸，甘油-3-磷酸，葡萄糖-6-磷酸， 6-磷酸葡萄糖酸，酰基辅酶A, （3-羟基酰基辅酶A,B-羟基丁酸， 谷氨酸，二氢乳清酸）脱氢酶;（P-酮酰基-ACP,烯酰-ACP, 2,4-二 烯酰-CoA, HMG-CoA,二氢叶酸，核糖核酸）还原酶分子氧为电子受体，L-谷氨酸氧化酶(EC 1.4.3.11); L-glutamate + O2 + H2O =氧化酶氧原子不出现在氧化a-keto glutarate + NH3 + H2O2D-氨基酸氧化酶,L-谷氨酸氧化酶，脯氨酸氧化酶，黄喋吟氧化产物中，

15、通常转变为黄U票吟氧化酶(EC 1.17.3.2); xanthine + H2O + O2 = urate +酶，.原口卜琳原氧化酶H2O2H2O2双加氧酶分子氧为电子受体，2个氧原子都整合到 有机物的产物分子色氨酸2,3-双加氧酶(EC 1.13.11.11); L-tryptophan + O2 =N-formyl-L-kynurenine儿茶酚1,2-双加氧酶，色氨酸2,3-双加氧酶，对羟基苯丙酮酸双 加氧酶，尿黑酸双加氧酶单加氧酶（羟化 酶，混合功能氧 化酶）分子氧为电子受体，1个氧原子整合到有 机物的产物分子中苯丙氨酸4-单加氧酶(EC 1.14.16.1); L-phenylal

16、anine + tet- rahy drobiopterin + 02 = L-tyrosine + dihydrobiopterin苯丙氨酸羟化酶，酪氨酸羟化酶，多巴胺|3-羟化酶，色氨酸羟化 酶，细胞色素P450过氧化物酶或。2作为电子受体谷胱甘肽过氧化物酶(EC 1.11.1.9); 2 glutathione + H2O2 = glutathione disulfide + 2 H2O谷胱甘肽过氧化物酶，脂肪酸过氧化物酶，过氧化氢酶过氧化氢酶催化玦。2分解成。2和h2o过氧化氢酶(EC 1.11.1.6)； 2 H2O2 = O2 + 2 H2O过氧化氢酶过加氧酶玦。2作为电子受体，

17、其中的一个氧原子进 入到产物中脂肪酸过加氧酶(EC 1.11.2.4); fatty acid + H2O2 = 3- or 2-hydroxy fatty acid + H2O脂肪酸过加氧酶转氢酶催化氢在NADPH 与NAD*或NADH与 NADP+之间的转移NAD(P)+ 转氢酶(EC 1.6.1.1); NADPH + NAD+ = NADP+ +NADH烟酰胺核昔酸转氢酶以超氧自由基作为电超氧化物歧化酶子的受体和供体，催化歧化反应超氧化物歧化酶(EC 1.15.1.1); 2 皿 + 2 W = O2 + H2O2超氧化物歧化酶Malate图1脱氢酶、氧化酶及加氧酶的酶促反应特征deh

18、ydrogenasephenylalanine4-monooxygenaseTryptophantryptophan 2,3-dioxygenase(mixed function oxidases)或混合功能加氧酶。这 里的氧化酶与上述的氧化酶，在概念上是有些矛 盾的，这里的氧化可以理解是一个广义的氧化的 概念。3需氧脱氢酶(aerobic dehydrogenase)和不需 氧脱氢酶(anaerobic dehydrogenase)根据上面的分析，脱氢酶大体上可以分为两 类。需氧脱氢酶，催化从某些代谢物转移氢给氧 分子形成h2o2, 一般习惯称之为氧化酶，如黄嘌 吟氧化酶(xanthine

19、oxidase, EC 1.17.3.2),单胺氧化 酶(monoamine oxidase, EC 1.4.3.4)。不需氧脱氢酶(anaerobic dehydrogenase),催化 底物脱氢而不以分子氧为受氢体的酶类，受氢体 为NAD+、NADP+、FAD、FMN、细胞色素等。这 些辅酶或辅基接受的氢(NADH、FADH2、 FMNH2),可进一步通过呼吸链氧化成玦0,或作 为还原当量(NADPH),用于生物合成或机体的抗 氧化作用。课堂中常见的有乳酸脱氢酶以及三羧 酸循环中的异柠檬酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、苹 果酸脱氢酶等。4过氧化物酶(peroxidase)与过加氧K(per- ox

20、ygenase)如果酶以过氧化物(H2O2)作为电子的受体，通 常称为过氧化物酶(peroxidases, EC 1.11.1)。教学 中见到的谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, EC 1.11.1.9),通过氧化谷胱甘肽，催化玦。? 的分解(表1,图2)。如果电子的供体也是H2O2，即 反应的电子供体和受体都是H2O2，那催化这一反 应的酶称为过氧化氢酶(catalase, EC 1.11.1.6),催 化H2O2分解为。2和H2O,其实质是H2O2的歧化反应 (自身的氧化还原反应)。但如果H2O2的一个氧原子 进入到产物中，则相应的酶称为过加氧酶(perox

21、y- genases)(表 1),如脂肪酸过加氧酶(fatty-acid peroxygenase, EC 1.11.2.4),催化脂肪酸氧化(羟化)。5 转氢酶(transhydrogenase)如果酶作用的对象是NADH或NADPH，催化 其脱氢，而受氢体又分别是NADP+或NAD+,通常 会有另外一个名称转氢酶(transhydrogenase),即催化氢在NADPH与NAD+或NADH与NADP+之 间的转移(图2),如NAD(P)+转氢酶(NAD(P)+ tran-NAD,2-0NADP+2GSHcatalasef H2O + % O2glutathione peroxidaseglutathione reductasenicotinamide nucleotide transhydrogenaseNADHNADPHGSSG超氧化物歧化酶催化超氧自由基转变为h2o2和。2,过氧化氢酶催化h2NAD,2-0NADP+2GSHcatalasef H2O + % O2glutathione peroxidaseglutathione reductasenicotinamide nucleotide transhydrogenaseNADHNADPHGSSG超氧化物歧化酶催化超氧自由基转变为h2o2和。2,过氧化氢酶催化h2