Alkoholdehydrogenáza (ADH) je kľúčový enzým, ktorý katalyzuje vzájomnú premenu medzi alkoholmi a aldehydmi či ketónmi. Ľudská alkoholdehydrogenáza je metaloenzým, ktorý existuje vo forme dimérov, obsahujúcich Zn2+. Patrí do skupiny dehydrogenáz, ktoré predstavujú najväčšiu skupinu redoxných enzýmov. V súčasnosti je známych približne 300 druhov dehydrogenáz. Ľudský organizmus disponuje šiestimi typmi ADH, pričom všetky sú diméry zložené z dvoch polypeptidov. Je zaujímavé, že alkoholdehydrogenáza u žien sa vyznačuje menšou efektivitou. ADH však nie sú výlučne ľudským fenoménom; vyskytujú sa aj u mnohých zvierat, kvasiniek a baktérií. U hmyzu, ako sú napríklad ovocné mušky, je ADH oveľa menšia ako u človeka a neobsahuje atóm kovu. V kvasinkách a mnohých baktériách hrá ADH dôležitú úlohu pri fermentácii pyruvátu na etanol.
ADH sa primárne nachádza v cytoplazme buniek, predovšetkým v pečeni, ale aj v žalúdku a obličkách. Ide o nešpecifický enzým, ktorý katalyzuje oxidáciu širokého spektra primárnych alkoholov. Reakcia so sekundárnymi a rozvetvenými alkoholmi je však výrazne obmedzená. Optimálne pH pre oxidáciu etanolu sa pohybuje v rozmedzí 8,6 až 9,0; nad pH 9,0 enzým rýchlo stráca svoju stabilitu. Pre redukciu acetaldehydu je optimálne pH okolo 7,0. Izoelektrický bod ADH pečeňového typu sa nachádza pri pH 5,4.
ADH katalyzuje metabolickú premenu etanolu na acetaldehyd, ktorý sa následne biotransformuje na kyselinu octovú. Kyselina octová sa potom premieňa na iné menšie, neškodné molekuly.
Afinita metanolu k ADH je mnohonásobne nižšia (približne sedemkrát) ako k etanolu. V zmesi sa preto metabolizuje prednostne etanol. Tento fakt sa využíva pri liečbe otravy metanolom, kde sa ako prvá pomoc podáva intravenózne etanol ako antidotum, ktorý efektívne „vytláča“ oveľa toxickejší metanol.
Metabolizmus metanolu a jeho toxické účinky
Metanol (tiež známy ako drevný lieh, methanol, methylalkohol) je toxická kvapalina s chemickým vzorcom CH3OH. Môže byť súčasťou rozpúšťadiel, palív a prirodzene sa v malom množstve vyskytuje aj v liehovinách určených na konzumáciu. Samotný metanol vykazuje nízku toxicitu, ale produkuje vysoko toxické metabolity. V pečeni sa metanol metabolizuje alkoholdehydrogenázou na formaldehyd a následne aldehyddehydrogenázou na kyselinu mravčiu. Kyselina mravčia sa metabolizuje pomaly na CO2 a H2O. Táto kyselina sa v tele akumuluje a jej koncentrácia priamo koreluje s toxicitou. Okrem toho spôsobuje metabolickú acidózu, inhibuje cytochrómoxidázu a je hlavnou príčinou okulirovej toxicity. Súčasná acidóza uľahčuje difúziu kyseliny mravčej do buniek.
Minimálna toxická dávka metanolu je približne 0,1 ml/kg. Krátko po požití sa objavujú príznaky podobné opilosti. Ľahká intoxikácia metanolom sa prejavuje slabosťou, bolesťou hlavy a zmätenosťou. Môžu sa objaviť poruchy farebného videnia, hmlisté videnie alebo fotofóbia. Laboratórne nálezy zahŕňajú pokles pH, hyperventiláciu a zvýšenie osmolálneho a aniónového gapu. Pri ťažkej otrave sa môžu prejaviť vážnejšie symptómy.
Etanol: Vlastnosti, produkcia a účinky
Etanol (etilalkohol, alkohol, lieh) je bezfarebná, horľavá kvapalina s charakteristickým zápachom, patriaca medzi silné narkotiká. Jej požitie najprv vyvoláva povzbudenie a neskôr paralýzu nervového systému. Etanol je základnou zložkou alkoholických nápojov a jeho pôsobenie závisí od individuálnej znášanlivosti a celkovej telesnej hmotnosti konzumenta.
Produkcia etanolu
Najväčšia časť produkcie etanolu prebieha z jednoduchých sacharidov (cukrov) prostredníctvom alkoholového kvasenia za pôsobenia rôznych druhov kvasiniek, predovšetkým druhu Saccharomyces cerevisiae. Používajú sa pritom cukorné roztoky (s maximálnou koncentráciou 20 %) alebo priamo prírodné suroviny obsahujúce sacharidy (napr. zemiaky, cukrová trstina). Kvasením vzniká tzv. zápara, čo je veľmi zriedený vodný roztok etanolu (maximálne 15 %). Táto zmes vždy obsahuje nežiaduce prímesi, známe ako „pribúdliny“, vrátane vyšších alkoholov, viac sýtených alkoholov (glycerol) a ketónov (acetón).
Čistenie sa uskutočňuje na výkonných destilačných kolónach. Pri tomto procese možno získať tzv. azeotropný alkohol, ktorý obsahuje 95,57 % etanolu a 4,43 % vody. Zvyšok vody možno odstrániť destiláciou s bezvodným síranom vápenatým alebo oxidom vápenatým, ktoré vodu viažu, alebo dlhodobým pôsobením hygroskopických látok ako bezvodný uhličitan draselný či bezvodný síran meďnatý. Týmito postupmi možno získať etanol s čistotou až 99,9 %, nazývaný absolútny alkohol alebo bezvodý etanol.
Inou metódou získavania bezvodého etanolu je priama hydratácia etylénu pomocou kyseliny trihydrogenfosforečnej na oxide kremičitom ako katalyzátore.
Distillation Equipment / Alcohol Distillation Operation Video at Customer's Factory
Chemické a fyzikálne vlastnosti
Etanol je ľahko vypariteľná, horľavá, priehľadná kvapalina s charakteristickým ostrým zápachom. Bod varu čistého etanolu je 78 °C. Prítomnosť hydroxylovej skupiny umožňuje tvorbu vodíkových väzieb, čo podmieňuje nižšiu výparnosť v porovnaní s nepolárnymi zlúčeninami podobnej molekulovej hmotnosti. Etanol je dobrým rozpúšťadlom a mieša sa s vodou v akomkoľvek pomere, pričom rozpúšťa široké spektrum polárnych aj nepolárnych zlúčenín. Pri miešaní etanola a vody dochádza k kontrakcii objemu - 1 liter etanolu a 1 liter vody dajú spolu približne 1,92 litra zmesi.
Molekula etanolu (C2H5OH) je polárna kvôli prítomnosti polárnych väzieb C-O a O-H. Preto sa rozpúšťa len slabo v nepolárnych rozpúšťadlách, ale s polárnymi rozpúšťadlami, ako je voda, sa mieša neobmedzene. S vodou vytvára azeotropnú zmes s konštantným bodom varu pri 78,1 °C.
Etanol je pomerne reaktívna látka, ktorá búrlivo reaguje s alkalickými kovmi (sodíkom, draslíkom), pričom vzniká vodík a etoxid sodný. Pôsobením oxidačných činidiel dochádza k premene etanolu na kyselinu octovú, rovnako aj pri pôsobení mikroorganizmov rodu Acetobacter (tzv. octové kvasenie). Pri priamej reakcii s kyslíkom môže etanol horieť, pričom sa oxiduje až na oxid uhličitý a vodu. Pôsobením halogénvodíkov na etanol dochádza k náhrade hydroxylovej skupiny halogénovým atómom (napr. vzniká brometán). Podobne vzniká dietyléter pôsobením silných anorganických kyselín. Reakciou s halogenidmi karboxylových kyselín vznikajú estery etanolu.
Spoločenské a zdravotné dôsledky konzumácie alkoholu
Etanol je hlavnou zložkou alkoholických nápojov, kde sa jeho koncentrácia pohybuje od 3 do 40 %. V mnohých krajinách je predaj alkoholických nápojov maloletým zakázaný a popredné svetové náboženstvá zakazujú jeho konzumáciu z dôvodu možného zneužitia.
Účinky na ľudský organizmus
Po požití alkohol vstupuje do gastrointestinálneho traktu, rýchlo sa vstrebáva do krvného obehu a transportuje sa do celého tela. Približne 90 % etanolu sa metabolizuje v pečeni prostredníctvom viacerých enzýmov, najmä alkoholdehydrogenázy (ADH), aldehyddehydrogenázy (ALDH), katalázy a monooxygenázy, ako aj enzymatického systému MEOS. Alkohol sa oxiduje prostredníctvom ADH a mení sa na acetaldehyd, ktorý je extrémne toxický nielen pre pečeň, ale poškodzuje všetky orgány a bunky v tele.
Pri miernom pití alkoholu s minimálnym negatívnym pôsobením na telo sa alkohol metabolizuje pomaly. Rýchla konzumácia vo veľkých množstvách však spôsobuje nahromadenie vysoko toxických metabolitov (acetaldehyd, LDL cholesterol, triglyceridy, voľné radikály), ktoré dlhodobým pôsobením vedú k závažným metabolickým poruchám, poškodeniam vnútorných orgánov a negatívne vplývajú na celkové zdravie.
Alkohol pôsobí synergicky na receptory GABA, čo je príčinou „opilosti“, sedácie a pocitov bezstarostnosti, v menšej miere aj eufórie. Významnejší vplyv na ľudské telo a psychiku má metabolit acetaldehyd a kyselina octová.
Genetika hrá v metabolizme alkoholu tiež svoju rolu. Gén kódujúci enzým ALDH2 je zodpovedný za odbúravanie acetaldehydu. U ľudí s chybou génu ALDH2 sa acetaldehyd hromadí, čo vedie k horšej znášanlivosti alkoholu a často k vyhýbaniu sa jeho konzumácii. Napriek tomu, že táto chyba je charakteristická pre Aziatov, vyskytuje sa aj u iných rás.
Okolo 65 % náchylnosti na závislosť od alkoholu je určených genetickou výbavou. Náchylnosť na závislosť sa dedí z generácie na generáciu. Preto aj napriek dobrému metabolizmu alkoholu je vhodné vyhýbať sa jeho nadmernej konzumácii z dôvodu rizika závislosti a iných zdravotných problémov.
Dlhodobé účinky a zdravotné riziká
Prekomerná konzumácia alkoholických nápojov vedie k radu psychických a fyzických porúch a k rozvoju alkoholizmu. Najčastejšie postihnutým orgánom je pečeň, kde dochádza k cirhóze a mastnej degenerácii. Alkohol tiež poškodzuje slinivku, obehovú sústavu (hypertenzia, dysrytmie), môže spôsobiť neuromuskulárne poruchy, nádory pečene a žalúdka. U tehotných žien môže viesť k fetálnemu alkoholovému syndrómu plodu.
Podľa Svetovej zdravotníckej organizácie (WHO) spôsobil alkohol v roku 2016 život približne 3,3 miliónom ľudí, pričom viac ako tri štvrtiny z nich boli muži. Alkohol sa podieľa na vzniku viac ako 200 rôznych chorôb. Oslabuje imunitu, narušuje REM-fázu spánku, stres síce zdá sa mierni, ale v skutočnosti ho zvyšuje tým, že zaťažuje pečeň a mozog. Rozšírenie povrchových ciev vedie k tepelným stratám a pri zranení môže prispieť k väčšiemu krvácaniu. Alkohol zhoršuje kognitívne funkcie a zvyšuje pravdepodobnosť rakoviny niektorých orgánov.
Etanol ako palivo a antiseptikum
Etanol je vysoko hodnotné biopalivo pre spaľovacie motory s antidetonačnými vlastnosťami. V Brazílii sa automobilové palivo s obsahom 25 % etanolu bežne používa. Zmes E85 (85 % etanolu, 14 % benzínu, 1 % aditíva) má vyššiu oktánovú hodnotu a vyžaduje úpravu vstrekovacieho systému. Zmes E96 (96 % etanolu, 4 % vody) má ešte vyššiu oktánovú hodnotu, ale vyžaduje predohrev v zimnom období.
Etanol je tiež vysoko efektívnym antiseptikom v koncentrácii 70 %. Pôsobí denaturáciou bunkových membrán, preto je účinnejší ako koncentrovanejší (96 %) etanol. Používa sa na dezinfekciu povrchov, nástrojov a kože. Alkoholové obklady sa používajú na zníženie telesnej teploty.
Etanol určený na technické účely sa denaturuje pridaním toxických látok (napr. metanol, benzín, benzén), aby sa obišla spotrebná daň, ktorá je na konzumný etanol vysoká.
Rozlišovanie etanolu a metanolu
Etanol a metanol sú svojím vzhľadom a zápachom veľmi podobné, čo vytvára riziko ich zámeny. Bezpečne ich možno rozlíšiť iba laboratórne. Skúška zapálením nie je spoľahlivá metóda.
Prípustné množstvo metanolu v destilátoch upravuje nariadenie Európskej únie č. 1576/89. Príznaky otravy metanolom sa najčastejšie objavujú po 12-24 hodinách a zahŕňajú slabosť, bolesť hlavy, zmätenosť, poruchy farebného videnia, hmlisté videnie, fotofóbiu, nevoľnosť, zvracanie a bolesti brucha.
Prevencia a liečba alkoholizmu
Vzhľadom na závažné zdravotné a spoločenské dôsledky nadmernej konzumácie alkoholu, je dôležitá prevencia a včasná pomoc ľuďom, ktorí zneužívajú alkohol alebo sú na ňom závislí. Odporúča sa obmedzovanie dostupnosti alkoholu, najmä pre mladistvých, a regulácia reklamy alkoholických nápojov. Nulová tolerancia alkoholu pri riadení je zavedená v mnohých krajinách.
Liečba závislosti na alkohole by mala byť stupňovitá, s ohľadom na závažnosť stavu. Pri škodlivom užívaní často postačuje svojpomocná liečba. V pokročilejších prípadoch sa odporúča účasť na stretnutiach Anonymných alkoholikov, ambulantná alebo pobytová liečba v špecializovanom zariadení.
tags: #metabolizmus #etanolu #wiki