Katalaza enzim: osnovne značajke

Katalaza je enzim koji se nalazi u gotovo svim živim organizmima. Njegova glavna funkcija je katalizirati reakciju razgradnje vodikovog peroksida na tvari bezopasne za tijelo. Katalaza je od velike važnosti za vitalnu aktivnost stanica, budući da ih štiti od razaranja aktivnim oblicima kisika.

Opće informacije

Enzim katalaza se odnosi na oksidoreductase - ogromnu klasu enzima koji kataliziraju prijenos elektrona iz molekula redukcije (donatora) u oksidirajuću molekulu (akceptor).

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

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 duljinu od više od 500 aminokiselina. Enzim ima četiri skupine porfirnih hema, zbog čega i reagira s aktivnim oblicima kisika. Oksidirani hem je protetska skupina katalaze.

Povijest otkrića

Znanstvenici nisu poznavali katalaza do 1818. godine, dok je Louis Jacques Tenar, kemičar koji je otkrio vodikov peroksid u živim stanicama, nije sugerirao da je njegovo uništenje posljedica djelovanja prethodno nepoznate biološke supstance.

Godine 1900. njemački kemičar Oscar Lev uveo je prvi naziv "katalaza" kako bi označio tajanstvenu tvar koja razgrađuje perokside. On je bio u stanju odgovoriti na pitanje, gdje je enzim katalaza sadržana. Kao rezultat brojnih eksperimenata, Oscar Lev je utvrdio da je ovaj enzim tipičan 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 molekulska 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 tvar 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 H ₂ O ₂ → 2 H ₂ O + O ₂

Molekularni mehanizam cijepanja vodikovim peroksidom enzim katalazom još nije temeljito proučen. Pretpostavlja se da se reakcija odvija u dvije faze - u prvoj fazi, željezo u protetskoj skupini katalaze veže se na atom kisika peroksida, dok se jedna molekula vode oslobađa. U drugoj fazi, oksidirani hem reagira s drugom molekulom vodikovog peroksida, što rezultira stvaranjem druge molekule vode i jedne molekule 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 ispitni 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 nekompetitivni inhibitor katalaze. Osim toga, svi poznati cijanidi ponašaju se kao kompetitivni inhibitori katalaze, ako u tkivima ima puno vodikovog peroksida. Arsenati igraju ulogu aktivatora.

primjena

Razgradni učinak enzimske katalaze na vodikov peroksid pronađen je u prehrambenoj industriji - ovaj enzim uklanja iz mlijeka H2O2 dok se ne kuhaju sir. 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 pripravku, a katalaza se koristi za podjelu ove komponente prije ponovnog korištenja 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 stalno formira u ljudskom tijelu, ali ne šteti - katalaza ga brzo razgrađuje. Ali ako se smanji razina ovog enzima, očito je da ne svi katalizatori vodikovog peroksida. 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.