Katalazni encim: osnovne značilnosti

Katalaza je encim, ki ga najdemo v skoraj vseh živih organizmih. Njena glavna naloga je katalizirati reakcija razkroja

Splošne informacije

Encimska katalaza se nanaša na oksidoreduktaze - veliko skupino encimov, ki katalizirajo prenos elektrona iz reducirne molekule (darovalca) v oksidirajočo molekulo (akceptor).

Optimalni pH za katalazo v človeškem telesu je okoli 7, vendar se hitrost reakcije ne spremeni bistveno pri vrednostih vodika 6,8 do 7,5. Optimalni pH za druge katalaze znaša od 4 do 11, odvisno od vrste organizma. Optimalna temperatura se tudi spreminja, za osebo je približno 37^o C.

Katalase je eden najhitrejših encimov. Samo ena molekula lahko pretvori milijone molekul vodikovega peroksida v vodo in kisik v sekundi. Z vidika enzimologije to pomeni, da je katalazni encim značilen z velikim številom vrtljajev.

Struktura encima

Katalaza je tetramer štirih polipeptidnih verig, od katerih ima vsaka več kot 500 aminokislin. Encim ima štiri skupine porfirnih heme, zaradi česar in reagira z aktivnimi oblikami kisika. Oksidirani heme je protetična skupina katalaze.

Zgodovina odkritja

Catalase znanstvenikom do leta 1818 ni znan, medtem ko je Louis Jacques Tenar, kemik, ki je odkril vodikov peroksid v živih celicah, ni predlagal, da je njegovo uničenje posledica delovanja predhodno neznane biološke snovi.

Leta 1900 je nemški kemik Oscar Lev prvič predstavil izraz "katalaza", ki označuje skrivnostno snov, ki razkroja perokside. Prav tako je uspel odgovoriti na vprašanje, kje je encimska katalaza. Kot rezultat številnih eksperimentov je Oscar Lev pokazal, da je ta encim značilen za skoraj vse živali in rastlinske organizme. V živi celici, kot mnogi drugi encimi, je katalaza v peroksisomih.

Leta 1937 je bila katalaza iz goveje jeter prvič kristalizirana. Leta 1938 je bila molekulska masa encima določena na 250 kDa. Leta 1981 so znanstveniki dobili podobo tridimenzionalne strukture goveje katalaze.

Kataliza vodikovega peroksida

Kljub temu, da je vodikov peroksid produkt mnogih normalnih metabolnih procesov, ni neškodljiv za telo.

Da bi preprečili uničenje celic in tkiv, je treba vodikov peroksid hitro pretvoriti v drugo, manj nevarno snov za telo. S to nalogo upravlja katalazni encim - razgradi molekulo peroksida na dve molekuli vode in molekulo kisika.

Reakcija razgradnje vodikovega peroksida v živih tkivih:

2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂

Molekularni mehanizem cepitve vodikovega peroksida s encimsko katalazo še ni bil temeljito raziskan. Predpostavlja se, da reakcija poteka v dveh fazah - na prvi stopnji se železo v protetični skupini katalaze veže na kisikov atom peroksida, medtem ko se sprošča ena molekula vode. Na drugi stopnji oksidiran heme reagira z drugo molekulo vodikovega peroksida, kar ima za posledico nastanek druge molekule vode in ene molekule kisika.

Zaradi tega delovanja encimske katalaze na vodikovem peroksidu je lahko prisotnost te aktivne snovi v vzorcih tkiv težko določiti. Da bi to naredili, dodajte majhno količino vodikovega peroksida v vzorec in opazujte reakcijo. Prisotnost encima je indicirana s tvorbo kisikovih mehurčkov. Ta reakcija je dobra, ker ne zahteva nobene posebne opreme ali orodja - lahko ga opazimo s prostim očesom.

Omeniti velja, da ion katere koli težke kovine deluje kot nekonkurenčni inhibitor katalaze. Poleg tega se vsi znani cianidi obnašajo kot konkurenčni inhibitor katalaze, če je v tkivih veliko vodikovega peroksida. Arsenati igrajo vlogo aktivatorjev.

Uporaba

Degradacija encimsko delovanje katalaza na vodikovem peroksidu je našla uporabo v živilski industriji - s pomočjo tega encima iz mleka odstranimo H₂O podjetju₂ pred kuhanjem sira. Druga aplikacija je posebna embalaža za hrano, ki ščiti izdelke pred oksidacijo. Catalase se uporablja tudi v tekstilni industriji za odstranjevanje vodikovega peroksida iz tkiv.

Uporablja se v majhnih količinah v higieni kontaktnih leč. Nekatere dezinfekcijske snovi vsebujejo vodikov peroksid v sestavi, in katalaza se uporablja za razgradnjo te komponente pred ponovno uporabo leč.

Dejavnost

Dejavnost katalaze je odvisna od starosti organizma. V mladih tkivih je aktivnost encima veliko višja kot v starih. S starostjo, tako pri ljudeh kot pri živalih, se aktivnost katalaze postopoma zmanjšuje zaradi staranja organov in tkiv.

Po nedavni raziskavi je zmanjšanje aktivnosti katalaze eden od možnih vzrokov za izpadanje las. Vodikov peroksid se stalno oblikuje v človeškem telesu, vendar ne škoduje - katalaza se hitro razgradi. Če pa se raven tega encima zmanjša, je očitno, da ni encima vseh kataliziranih vodikovih peroksidov. Tako razbarva lase z notranje strani, raztopi naravna barvila. To nepričakovano odkritje zdaj preizkušajo raziskovalci in morda bodo imeli vlogo pri razvoju zdravil, ki prekinejo lasje.