摘 要：乙醇脫氫酶(ADH)是廣泛分布于人和動物肝臟、植物及微生物細胞之中的含鋅金屬酶，具有廣泛的底物特異性。ADH作為生物體內主要短鏈醇代謝的關鍵酶，近年來已經受到了國內外研究者的普遍關注，并對其同功酶的結構、理化性質、生物學功能、遺傳學特性、分離提取技術等進行了較多的基礎性研究工作，為其在科學研究和工農業生產中的應用奠定了良好基礎。文章主要對ADH在工業分析、化工生產、食品和醫藥研究以及生物科學中的應用進行了概述，以便為其進一步研究開發提供參考。
關鍵詞：乙醇脫氫酶；同功酶；應用
乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase，ADH)能夠以煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adeninedinucleotide，NAD)為輔酶，催化伯醇和醛之間的可逆反應。在人和哺乳動物體內，ADH與乙醛脫氫酶(ALDH)構成了乙醇脫氫酶系，參與體內乙醇代謝，是人和動物體內重要的代謝酶。近年來，有機相催化和膜反應器的研究發展，對ADH的研究應用起到了積極的推動作用。目前，ADH的應用研究主要體現在以下幾個方面：①ADH生物電極和乙醇生物傳感器，可用于工業分析乙醇濃度；②ADH的催化特性，在化學工業中應用于許多原材料及中間反應物的生產；③ADH作為人和動物重要的生理指標用于各項研究；④伴隨生物技術和酶工業的發展，ADH被作為新的實驗材料，用于開展各種新的研究。總之，ADH的研究應用已經成為自然科學研究領域的熱點之一，正被越來越多地應用于醫學分析、工業生產和科學研究等方面。
1 ADH生物電極和乙醇生物傳感器
ADH在乙醇濃度分析中能夠發揮很大作用，可體現在ADH生物電極和乙醇生物傳感器的生產與應用方面。
目前，工業上分析乙醇濃度的方法通常為蒸餾法，這種方法費時費力，操作復雜。特別是在發酵工業中，使得對發酵過程的連續監測和控制無法進行。以生物電極為傳感器分析乙醇濃度的研究表明，它具有選擇性好、微型化靈敏度高、測量簡便、快速等優點，因而，受到科學工作者的重視，各種酶電極和乙醇傳感器應運而生。國內對ADH電極的研究也取得一定成就，在克服了早期ADH電極操作復雜、設計費用高等缺點的基礎上，呂躍鋼等[1]用面包酵母粉代替ADH，大大降低了電極的生產成本，對該類電極的批量生產及其在工業上的應用奠定了基礎。NiculescuM等[2]報道了一種新的乙醇傳感器的構造及適宜的應用條件，該傳感器是基于醌類血紅蛋白ADH與其它化合物組成的復合體系，優化后的傳感器可以靈活自動地進行白酒分析，能夠對白酒發酵過程進行實時監控。
乙醇也是某些臨床診斷的重要項目及一些飲料的主要成分。在這些方面，乙醇檢測方法目前主要有氣相色譜法和分光光度法。近年來隨著酶電極和乙醇傳感器的發展，應用電化學方法直接檢測乙醇濃度已經成為可能。施清照等[3]研制的電流型乙醇生物傳感器是將ADH及NAD＋均固定在人造絲網上，以鍵合型NBA修飾浸蠟石墨電極為基體電極，乙醇在ADH作用下產生還原型煙酰胺腺瞟呤二核苷酸(reducednicotinamide adeninedinucleotide，NADH)，通過測量NADH在酶催化反應前后的濃度變化，引起介體氧化電流變化，最終達到測定乙醇濃度的目的。
雖然國內外在ADH電極及傳感器研究方面取得了一定成就，但由于酶本身穩定性較差及設備結構限制，致使乙醇傳感器壽命相對較短，還有待逐步克服。
2 ADH在化工生產中的應用
在化學工業中，利用ADH的催化特性生產許多原材料及中間反應物。在二氧化碳轉化合成甲醇的過程中，ADH就發揮了酶的催化作用。
CO2是溫室氣體的主要成分，它的固定和再利用一直是人們關注和亟待解決的問題。通過化學或生物學途徑，CO2可被轉化為多種無機或有機化合物，如低碳醇、低碳烴和有機酸等，其中將CO2轉化為甲醇是一條具有重要研究價值和應用前景的途徑。它不但可以解決CO2的循環再利用問題，同時還可以為人類提供重要的化工原料和潔凈燃料甲醇。
為了實現CO2向甲醇的轉化，研究者曾嘗試了多種方法，其中酶催化法以其高效、專一及反應條件溫和等優點，近年來備受關注，在CO2的固定和還原反應中已有應用。許松偉等[4]采用甲酸脫氫酶(formatedehydrogenase，FDH)、甲醛脫氫酶(formaldehydedehydrogenase，FADH)和ADH為催化劑，以NADH作為電子供體，通過3步連串反應將CO2轉化為甲醇，探索出了CO2利用的新途徑。
ADH在乙醇生產中也有重要作用。通過產生ADH的菌株進行乙醇生產，相對于以往各種無機、有機合成乙醇的方法來說，具有操作簡便、產物更易獲得等優點。近年來，人們致力于對產生ADH的菌株進行改造，從而使其更適合于乙醇生產。陸堅等[5]報道了利用葡萄糖、木糖生產燃料酒精的基因工程菌構建，從而降低了燃料酒精生產成本，提高了生產效率。
3 ADH在食品科學和醫藥研究上的應用
3.1 食品科學
ADH廣泛存在于各種生物之中，在乙醇代謝過程中發揮著極為重要的作用。以此酶的活性為重要指標，對于食品研究和生產具有指導作用[6-7]。例如在柿餅脫澀研究方面，柿餅中單寧的聚合過程主要是在ADH作用下完成的，乙醇在ADH作用下轉變為乙醛，乙醛和單寧聚合生成不溶性的樹脂狀絡合物，能夠使澀味消失[6]。
果實在采摘之后的貯藏過程中，由于無氧呼吸作用會發生乙醇的積累，從而危害果實的品質[7]。ADH能夠直接以乙醇為底物，催化乙醇轉變為乙醛，再通過一系列分解轉化，最終可以消解無氧呼吸產生的過多乙醇，在一定程度上能夠解除過多乙醇對果實組織的損害，對果實儲藏十分有益。
3.2 解酒藥物研究
眾所周知，適量飲酒有利于身體健康，但急性大量飲酒可引起惡心、嘔吐等不良反應，嚴重者失去知覺甚至死亡。長期飲酒還可引起肝損傷、腦損傷等疾病，嚴重影響人們的身心健康。因此，研究開發有效的解酒產品已受到各國政府和人民的普遍重視。
乙醇經消化道吸收后，75%～98%在肝臟分解，其余小部分經腎和肺排出[8]。在肝臟中，促進乙醇代謝的酶主要是ADH與乙醛脫氫酶(acetaldehydedehydrogenase，ALDH)，這兩種酶由于基因多態性，存在著明顯的種族差異[9]。ADH與ALDH總活力的高低決定了乙醇在體內代謝的速度。因此，在眾多的解酒藥物研究方面，ADH活性已被作為一項重要的檢測指標，用于觀察解酒藥物對ADH是否具有誘導作用，以便了解藥物能否加快乙醇分解代謝，從而減少乙醇對人體的損害。同時開發高活性的ADH與 ALDH也已經成為解酒藥研究的重要方向之一。
LizanoC等[10]在對人紅細胞體外消耗乙醇研究的基礎上，應用電穿孔技術將ADH與ALDH聯合包埋于小鼠紅細胞中，用于對急性乙醇中毒小鼠進行處理。結果表明，小鼠血中乙醇濃度較對照組低43%，乙醇消除量高達0.39mL/min，較對照組高0.19 mL/min。說明包被ADH＋ALDH的紅細胞可以作為潛在的載體系統消除攝入體內的高濃度乙醇。
國內關于ADH用于解酒的研究報道較少。陳廷偉等[11]在解酒防醉保肝飲料研制中，選用產ADH活性較強的乳酸菌用于酸奶、果茶生產，或提取ADH制成口服液，飲酒時服用使其在胃黏膜形成保護層，乙醇在ADH作用下部分消耗，可減少乙醇進入血液傷及肝臟。
3.3 疾病診斷
ADH在人和動物體內主要存在于胃和肝臟，一些肝、胃疾患可能與ADH活性相關。正常情況下，ADH在肝臟中含量最高，血清中的ADH活性是恒定的，只有當肝細胞受損時，ADH由肝細胞內釋放到血清中，從而引起血清中ADH含量升高，所以檢測血清中的ADH活性是診斷某些肝臟疾患的指標之一[12-15]。
4 ADH在生物科學中的應用
4.1 基因多態性研究方面
人類ADH基因位于4號染色體的長臂，可編碼同源或異源二聚體的ADH同工酶。ADH是一種含鋅金屬酶，其同工酶有20余種，常見的有ADH1～ADH5五種，分別由ADH1～ADH5基因編碼的5種多肽亞基α、β、γ、π和χ組成。ADH1～ADH3基因在染色體上位置相鄰近，它們的cDNA序列有94%是相同的[16]，因此ADH1～ADH3三種基因密切相關。研究發現，在ADH2和ADH3基因位點存在多態性，尚未發現ADH1、ADH4或ADH5存在多態性[17]。
ADH同功酶對研究基因多態性[18]有重要意義，同時也使得一些疾病可以從基因水平得到解釋。李俊杰[19]報道了ADH3遺傳多態性對攝入乙醇后唾液和全血中的乙醛含量有一定影響。在此方面，朱孔錫[20]還報道了ADH基因多態性與酒精性肝病發生的關系。
4.2 生物工程研究方面
ADH基因也被用于基因工程菌的構建，用于一些產品的生產。為了防止釀酒酵母對生產出的乙醇進行分解，史文慧等[21]通過乙酸鋰轉化的方法，將一段對遺傳霉素抗性的DNA片斷轉入酵母細胞中與ADH2基因進行同源重組。經過抗性篩選得到一株ADH2基因突變的雜合雙倍體菌株，對突變雜合雙倍體菌株通過四分體剖分，獲得了一株ADH2基因被刪除的突變單倍體菌株。經發酵試驗發現，ADH2基因被刪除的突變單倍體菌株不利用乙醇。
5 結語
作為生物體內重要的氧化還原酶類之一，ADH的作用正在受到研究者越來越多的關注。Tokumitsu OM等[22]近年通過研究，從幾種蘑菇中獲得了高活性的ADH，并將其應用于酒精飲料的發酵生產。動物試驗結果表明，生產的酒精飲料既具有抗癌、抗血栓活性，而且乙醇含量可與酵母發酵相比。說明ADH在人和動物健康方面具有很高的開發應用價值。
綜上所述，利用ADH研制乙醇生物傳感器的工作起步較早，技術較為成熟；而在化工生產、解酒藥的開發、疾病診斷、食品生產及基因工程等方面的應用研究還處于起步或探索階段。隨著有機相酶催化和膜反應器的發展以及遺傳工程和DNA重組技術的進步，ADH將會在更多領域得到更廣泛的應用。