Окислення алкоголю

Біохімія окислення алкоголю така: алкоголь→ацетальдегід→ацетат→вода + вуглекислий газ. (ацетил КоА)
Перша стадія цього процесу - окислення етилового спирту до ацетальдегіду. Цей процес в організмі може здійснюватися трьома шляхами. Його каталізують розчинні ферменти алкогольдегідрогенази, мікросомальні этанолокисляющие системи, каталазно-пероксидазна система (рис. 2).


Рис. 2. Звичайне співвідношення шляхів окислення алкоголю в організмі

Алкогольдегідрогеназа (АДГ) печінки людини досить добре вивчена. Це фермент з молекулярною масою близько 85 000-87 000 складається з двох субодиниць і при малих концентраціях етанолу в організмі окислення здійснює лише одна з них. При великих концентраціях етанолу працюють вже обидві субодиниці АДГ. Висловлюється думка, що етанол не кращий субстрат для АДГ. В організмі субстратами АДГ служать первинні та вторинні аліфатичні спирти і альдегіди, кетони, ароматичні спирти та альдегіди, ретинол та інші полиеновые алкоголі, диолы, пантотенило-вий алкоголь, стероїди та ін (Островський та ін, 1986).
Практично вся АДГ міститься в печінці людини, лише незначна її кількість виявлено в шлунково-кишковому тракті, легенях, серці, нирках. Знайдена АДГ і в мозку людини, але там її активність мала і становить лише 0,025% активності в печінці. У дослідженнях В. Е. Ломеко з співавторами (1985) показано, що властивості АДГ мозку такі, що у фізіологічних умовах фермент практично не може брати участь в окисленні етанолу. У зв'язку з цим функціональне значення АДГ в нервовій тканині може бути пов'язано головним чином з тим, що фермент функціонує не як дегідрогеназа, а як редуктаза (в системі етанол - ацетальдегід), захищаючи мозок від дії високотоксичного ацетальдегіду.
Принципово те, що активність АДГ визначається наявністю достатньої кількості коферменту - нікотинамідаденіндинуклеотиду (НАД+). Про це мова піде нижче, при розгляді випадків хронічного прийому алкоголю. Загалом близько 80% надходить етилового спирту метаболізується наступним чином (рис. 3).

схема процесів окислення алкоголю в клітки печінки
Рис. 3. Загальна схема процесів окислення алкоголю в клітки печінки (гепатоцитах) (за: Мусил, 1984)
СТЕ - система транспорту електронів (дихальна ланцюг);
ЦЛК - цикл лимонної кислоти;
МЕОС - мікросомальна этанолокисляющая система;
АДГ - алкогольдегідрогеназа;
НАД - никотинамидадениндинуклеотид

Дисиміляція відбувається у цитоплазмі клітини, а утворений відновлений НАД (НАД-Н) може бути використаний як для синтезу аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ), так і для протонирования (Н+) інших стадій окисно-відновних процесів у клітинах. Роль АТФ в організмі унікальна. Це з'єднання відноситься до класу так званих макроергів - універсальних джерел енергії для більшості протікають в організмі процесів, пов'язаних зі споживанням енергії.
При високих концентраціях алкоголю до його окислення підключається мікросомальна этанолокисляющая система (МЕОС), локалізована в гладкому ендоплазматичному ретикулумі печінкових клітин (гепатоцитів). У нормі роль МЕОС невелика - максимум 20% окислення етанолу. Активність оксидазной системи мікросом проявляється тільки в присутності відновленого никотинадениндинуклеотидфосфата (НАДФ·Н) або НАДФ·Н-генеруючих систем. Схема реакції така:

Нарешті, третій шлях окислення спирту каталізується ферментом каталазою за участю перекису водню (Н2O2) і локалізована в пероксисомах. Значення цієї реакції в нормі зовсім невеликий (кілька відсотків). Схема реакції така:

Однак роль цього шляху окислення зростає при більш високих концентраціях етилового спирту в організмі.
Друга найважливіша стадія окислювальних процесів окислення утворився на попередньому етапі ацетальдегіду. Необхідно відзначити істотну деталь: ацетальдегід набагато активніше в біохімічному відношенні і токсичніша, ніж етиловий спирт. Він здатний викликати психотропні та токсичні ефекти в дозах 100 - 200 разів менших, ніж алкоголь (Езриелев, 1968), і, володіючи високою нейротропної активністю, може втручатися в біосинтез білка. Звідси ясно, що при окисленні етилового спирту організм прагне якомога швидше переробити ацетальдегід.


Як це відбувається?
Головне ланка цієї реакції - альдегиддегидрогеназа (АльДГ). Залежить від НАД+ АльДГ широко поширена і існує в організмі людини у вигляді декількох ізоферментів. Найбільш активний ізофермент АльДГ-1.
Відомий цікавий факт. Відзначено, що нерідко у представників монголоїдної раси легко і швидко червоніє після прийому алкоголю шкіра, а саме сп'яніння часом вносить елемент дискомфорту. З'ясувалося, що у жителів Азії часто відсутня як раз ізофермент АльДГ-1, що ускладнює швидкий метаболізм алкоголю. Природно, при цьому відбувається накопичення проміжного продукту окислення - ацетальдегіду, який і стимулює почервоніння шкіри. А якщо ще врахувати і відносно невисоку поширеність алкоголізму в Азії, то цілком можливо, що неприємно протікає сп'яніння (у зв'язку з відсутністю АльДГ-1) в якійсь мірі і перешкоджає зловживанню алкоголем. Але, на думку інших дослідників, висока чутливість до дії алкоголю пов'язана з високою активністю «атипової» АДГ.
У водному розчині ацетальдегід існує у вигляді еквівалентної суміші вільного альдегіду і гідрату. В процесі дегідрування гідрат переходить в ацетат. Схема реакції така:

Особливо важливо відзначити включення в подальшому ацетату в двууглеродный фонд (як ацетилкоэнзима А) з подальшим метаболізмом до кінцевих продуктів - вуглекислоти і води.
І ще одна суттєва обставина. При окисленні алкоголю вивільняється велика кількість енергії -7,1 квал/р. щодо калорійності алкоголь поступається лише жирам і здатний задовольняти частину енергетичних запасів організму.
Певну роль у перетвореннях ацетальдегіду в організмі відіграють реакції синтезу, що відбуваються в умовах збільшення вмісту ацетальдегіду. Мабуть, та частина ацетальдегіду, яка не піддалася окислення з допомогою АльДГ, при цьому вступає в реакцію конденсації. Найбільш важливе значення мають конденсація ацетальдегіду з біогенними амінами і втручання продукту в обмін катехоламінів.
Згідно сучасним уявленням, існують і інші шляхи катаболізму етанолу. Встановлено, що уридиновые нуклеотиди прискорюють виведення алкоголю з організму. При гострої алкогольної інтоксикації алкоголь бере участь у руйнуванні фосфорних ефірів за гидролитическому механізму. Крім того, виявлена специфічна ферментна система, що утворює ефіри етанолу з жирними кислотами в клітинах печінки, серця і, мабуть, в інших тканинах (Островський та ін, 1986).
Як вже зазначалося, швидкість окислення алкоголю схильна великим індивідуальним коливанням. Частково вона залежить і від циркадних ритмів, і від рівня вмісту статевих гормонів, і від обсягу харчування.