Биохимия окисления алкоголя такова: алкоголь→ацетальдегид→ацетат→вода + углекислый газ. (ацетил КоА)
Первая стадия этого процесса — окисление этилового спирта до ацетальдегида. Этот процесс в организме может осуществляться тремя путями. Его катализируют растворимые ферменты алкогольдегидрогеназы, микросомальные этанолокисляющие системы, каталазно-пероксидазная система (рис. 2).
Рис. 2. Обычное соотношение путей окисления алкоголя в организме
Алкогольдегидрогеназа (АДГ) печени человека довольно хорошо изучена. Это фермент с молекулярной массой около 85 000—87 000 состоит из двух субъединиц и при малых концентрациях этанола в организме окисление осуществляет лишь одна из них. При больших концентрациях этанола работают уже обе субъединицы АДГ. Высказывается мнение, что этанол не лучший субстрат для АДГ. В организме субстратами АДГ служат первичные и вторичные алифатические спирты и альдегиды, кетоны, ароматические спирты и альдегиды, ретинол и другие полиеновые алкоголи, диолы, пантотенило-вый алкоголь, стероиды и др. (Островский и др., 1986).
Практически вся АДГ содержится в печени человека, лишь незначительное ее количество обнаружено в желудочно-кишечном тракте, легких, сердце, почках. Найдена АДГ и в мозге человека, но там ее активность мала и составляет лишь 0,025% активности в печени. В исследованиях И. Е. Ломеко с соавторами (1985 г.) показано, что свойства АДГ мозга таковы, что в физиологических условиях фермент практически не может участвовать в окислении этанола. В связи с этим функциональное значение АДГ в нервной ткани может быть связано главным образом с тем, что фермент функционирует не как дегидрогеназа, а как редуктаза (в системе этанол — ацетальдегид), защищая мозг от действия высокотоксичного ацетальдегида.
Принципиально то, что активность АДГ определяется наличием достаточного количества кофермента — никотинамидадениндинуклеотида (НАД+). Об этом речь пойдет ниже, при рассмотрении случаев хронического приема алкоголя. В целом около 80% поступающего этилового спирта метаболизируется следующим образом (рис. 3).
Рис. 3. Общая схема процессов окисления алкоголя в клетке печени (гепатоците) (по: Мусил, 1984)
СТЭ — система транспорта электронов (дыхательная цепь);
ЦЛК — цикл лимонной кислоты;
МЭОС — микросомальная этанолокисляющая система;
АДГ — алкогольдегидрогеназа;
НАД — никотинамидадениндинуклеотид
Диссимиляция происходит в цитоплазме клетки, а образующийся восстановленный НАД (НАД-Н) может быть использован как для синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), так и для протонирования (Н+) других стадий окислительно-восстановительных процессов в клетках. Роль АТФ в организме уникальна. Это соединение относится к классу так называемых макроэргов — универсальных источников энергии для большинства протекающих в организме процессов, связанных с потреблением энергии.
При высоких концентрациях алкоголя к его окислению подключается микросомальная этанолокисляющая система (МЭОС), локализованная в гладком эндоплазматическом ретикулуме печеночных клеток (гепатоцитов). В норме роль МЭОС невелика — максимум 20% окисления этанола. Активность оксидазной системы микросом проявляется только в присутствии восстановленного никотинадениндинуклеотидфосфата (НАДФ·Н) или НАДФ·Н-генерирующих систем. Схема реакции такова:
Наконец, третий путь окисления спирта катализируется ферментом каталазой при участии перекиси водорода (Н2O2) и локализован в пероксисомах. Значение этой реакции в норме совсем невелико (несколько процентов). Схема реакции такова:
Однако роль этого пути окисления возрастает при более высоких концентрациях этилового спирта в организме.
Вторая важнейшая стадия окислительных процессов — окисление образовавшегося на предыдущем этапе ацетальдегида. Необходимо отметить существенную деталь: ацетальдегид гораздо активнее в биохимическом отношении и токсичнее, чем этиловый спирт. Он способен вызывать психотропные и токсические эффекты в дозах 100— 200 раз меньших, чем алкоголь (Езриелев, 1968), и, обладая высокой нейротропной активностью, может вмешиваться в биосинтез белка. Отсюда ясно, что при окислении этилового спирта организм стремится как можно скорее переработать ацетальдегид.
Как это происходит?
Главное звено этой реакции — альдегиддегидрогеназа (АльДГ). Зависящая от НАД+ АльДГ широко распространена и существует в организме человека в виде нескольких изоферментов. Наиболее активен изофермент АльДГ-1.
Известен любопытный факт. Отмечено, что нередко у представителей монголоидной расы легко и быстро краснеет после приема алкоголя кожа, а само опьянение порой вносит элемент дискомфорта. Выяснилось, что у жителей Азии часто отсутствует как раз изофермент АльДГ-1, что затрудняет быстрый метаболизм алкоголя. Естественно, при этом происходит накопление промежуточного продукта окисления — ацетальдегида, который и стимулирует покраснение кожи. А если еще учесть и относительно невысокую распространенность алкоголизма в Азии, то вполне возможно, что неприятно протекающее опьянение (в связи с отсутствием АльДГ-1) в какой-то мере и препятствует злоупотреблению алкоголем. Но, по мнению других исследователей, высокая чувствительность к действию алкоголя связана с высокой активностью «атипичной» АДГ.
В водном растворе ацетальдегид существует в виде эквивалентной смеси свободного альдегида и гидрата. В процессе дегидрирования гидрат переходит в ацетат. Схема реакции такова:
Особенно важно отметить включение в дальнейшем ацетата в двууглеродный фонд (в качестве ацетилкоэнзима А) с последующим метаболизмом до конечных продуктов — углекислоты и воды.
И еще одно существенное обстоятельство. При окислении алкоголя высвобождается большое количество энергии —7,1 квал/г. В отношении калорийности алкоголь уступает лишь жирам и способен удовлетворять часть энергетических запасов организма.
Определенную роль в превращениях ацетальдегида в организме играют реакции синтеза, происходящие в условиях увеличения содержания ацетальдегида. Видимо, та часть ацетальдегида, которая не подверглась окислению с помощью АльДГ, при этом вступает в реакцию конденсации. Наиболее важное значение имеют конденсация ацетальдегида с биогенными аминами и вмешательство продукта в обмен катехоламинов.
Согласно современным представлениям, существуют и другие пути катаболизма этанола. Установлено, что уридиновые нуклеотиды ускоряют выведение алкоголя из организма. При острой алкогольной интоксикации алкоголь участвует в разрушении фосфорных эфиров по гидролитическому механизму. Кроме того, обнаружена специфическая ферментная система, образующая эфиры этанола с жирными кислотами в клетках печени, сердца и, видимо, в других тканях (Островский и др., 1986).
Как уже отмечалось, скорость окисления алкоголя подвержена большим индивидуальным колебаниям. Частично она зависит и от циркадных ритмов, и от уровня содержания половых гормонов, и от объема питания.