Katalazni enzim: osnovne značajke

Katalaza je enzim koji se nalazi u gotovo svim živim organizmima. Njegova glavna uloga je katalizirati reakcija razgradnje

Opće informacije

Enzim katalaza odnosi oksidoreduktazu - širok klasa enzima koji kataliziraju transfer elektrona iz redukcijskog molekule (donor) na oksidaciju molekule (akceptor).

Optimalni pH za katalazu u ljudskom tijelu iznosi oko 7, međutim, brzina reakcije se ne mijenja značajno pri vrijednostima vodika od 6,8 ​​do 7,5. Optimalni pH za druge katalaze kreću se od 4 do 11, ovisno o vrsti organizma. Optimalna temperatura također varira, za osobu je oko 37^oko S.

Katalaza je jedan od najbržih enzima. Samo jedna molekula može pretvoriti milijune molekula vodikovog peroksida u vodu i kisik u sekundi. S gledišta enzimologije, to znači da je enzim katalaze karakteriziran velikim brojem okretaja.

Struktura enzima

Katalaza je tetramer od četiri polipeptidna lanca, od kojih svaki ima dužinu od više od 500 aminokiselina. Enzim ima četiri skupine porfirskih hema, zbog čega i reagira s aktivnim oblicima kisika. Oksidirani hem je protetska grupa katalaze.

Povijest otkrića

Katalaze nije bio poznat znanstvenicima 1818 godina dok je Louis Jacques Thénard kemičar otkrio u živim stanicama vodikovog peroksida ne sugerira da je njegovo rušenje uslijed djelovanja nekog nepoznatog biološkog materijala.

Godine 1900. njemački kemičar Oscar Lev uveo je prvi izraz "katalaza" kako bi označio tajanstvenu tvar koja razgrađuje perokside. On je također uspio odgovoriti na pitanje, gdje je enzim katalaza sadržana. Kao rezultat brojnih eksperimenata, Oscar Lev je otkrio da je taj enzim karakterističan za gotovo sve životinje i biljne organizme. U živoj stanici, poput mnogih drugih enzima, katalaza se nalazi u peroksizomima.

Godine 1937. prvi put je kristalizirao katalazu jetre jetre. Godine 1938. određena je molekularna masa enzima 250 kDa. Godine 1981. znanstvenici su dobili sliku trodimenzionalne strukture goveđeg katalaze.

Kataliza vodikovog peroksida

Unatoč činjenici da je vodikov peroksid proizvod mnogih normalnih metaboličkih procesa, nije bezopasno za tijelo.

Kako bi se spriječio uništavanje stanica i tkiva, vodikov peroksid mora se brzo pretvoriti u drugu, manje opasnu supstancu za tijelo. S ovim zadatkom katalazni enzim uspijeva - razgrađuje molekulu peroksida na dvije molekule vode i molekulu kisika.

Reakcija dekompozicije vodikovog peroksida u živim tkivima:

2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂

Molekularni mehanizam cijepanja vodikovim peroksidom enzim katalazom još nije temeljito proučen. Pretpostavlja se da se reakcija odvija u dvije faze - prva faza sastoji od željeza katalaze protetske skupine vezan na atom kisika u peroksida, to stvara jednu molekulu vode. U drugom koraku oksidira hem međudjelovanjem s drugom molekulom vodikovog peroksida, čime se formira druge molekule vode i jednu molekulu kisika.

Zbog ove akcije enzim katalaze na vodikov peroksid, prisutnost ove aktivne tvari u uzorcima tkiva lako je odrediti. Da biste to učinili, samo dodajte malu količinu vodikovog peroksida u uzorak i promatrajte reakciju. Prisutnost enzima je naznačena stvaranjem mjehurića kisika. Ova reakcija je dobra jer ne zahtijeva posebnu opremu ili alate - može se promatrati golim okom.

Važno je napomenuti da ion bilo kojeg teškog metala može djelovati kao nekonkurentni inhibitor katalaze. Osim toga, svi poznati cijanidi ponašaju se kao kompetitivni inhibitori katalaze, ukoliko postoji puno vodikovog peroksida u tkivima. Arsenati igraju ulogu aktivatora.

primjena

trulež enzimsko djelovanje katalaza na vodik peroksid je pronađena primjena u prehrambenoj industriji - uz pomoć ovog enzima iz mlijeka je uklonjena H₂oh₂ prije kuhanja sira. Druga primjena je posebna ambalaža za hranu koja štiti proizvode od oksidacije. Katalaza se također koristi u tekstilnoj industriji za uklanjanje vodikovog peroksida iz tkiva.

Koristi se u malim količinama u higijeni kontaktnih leća. Neki dezinficijensi imaju vodikov peroksid u sastavu, a katalaza se koristi za razbijanje ove komponente prije ponovne uporabe leća.

djelatnost

Aktivnost enzima katalaze ovisi o dobi organizma. U mladim tkivima, aktivnost enzima je puno veća nego kod starih. S godinama, i kod ljudi i kod životinja, aktivnost katalaze postupno se smanjuje uslijed starenja organa i tkiva.

Prema nedavnoj studiji, smanjenje aktivnosti katalaze jedan je od mogućih uzroka gubitka kose. Vodikov peroksid se konstantno formira u ljudskom tijelu, ali ne šteti - katalaza ga brzo razgrađuje. No, ako se razina enzima smanjuje, očito je da nije sve kataliziran vodikovim peroksidom. Dakle, on izbacuje kosu iznutra, otapajući prirodne boje. Ovo neočekivano otkriće sada su testirani od strane istraživača, a možda će igrati ulogu u razvoju lijekova koji obustavljaju sijanje kose.