Каталазен ензим: основни характеристики

Каталазата е ензим, който се среща в почти всички живи организми. Основната му функция е да катализира реакция на разпадане

Обща информация

ензим каталаза на отнася до оксидоредуктаза - широк клас ензими, които катализират преноса на електрони от намаляване молекула (донор) към молекулата на окислител (акцептор).

Оптималното рН за каталазата в човешкото тяло е около 7, обаче реакционната скорост не се променя значително при стойности на водород от 6,8 до 7,5. Оптималното рН за други каталази варира от 4 до 11, в зависимост от вида на организма. Оптималната температура също варира, за човек е около 37^за S.

Каталазата е един от най-бързите ензими. Само една молекула от нея може да превърне милиони водородни пероксидни молекули във вода и кислород за секунда. От гледна точка на ензимологията това означава, че каталазният ензим се характеризира с голям брой обороти.

Структура на ензима

Каталазата е тетрамер на четири полипептидни вериги, всеки от които има дължина повече от 500 аминокиселини. Ензимът има четири групи от порфирна хема, поради което реагира с активните форми на кислород. Оксидираната хема е протетична група каталаза.

История на откритието

Catalase не е била известна на учените 1818 години, докато Луи Жак Тенар химик открит в живите клетки от водороден прекис не се предполага, че разрушаването му се дължи на действието на неизвестен биологичен материал.

През 1900 г. германският химик Оскар Лев първо въведе термина "каталаза", за да обозначи мистериозно вещество, което разгражда пероксидите. Той също успя да отговори на въпроса, където се съдържа ензим каталазата. В резултат на множество експерименти Оскар Лев разкри, че този ензим е характерен за почти всички животни и растителни организми. В жива клетка, подобно на много други ензими, каталазата се съдържа в пероксизомите.

През 1937 г. каталазата от говежди черен дроб се кристализира за първи път. През 1938 г. се определя молекулната маса на ензима да бъде 250 kDa. През 1981 г. учените получиха образа на триизмерна структура на говежди каталаза.

Катализа на водороден пероксид

Въпреки факта, че водородният пероксид е продукт на много нормални метаболитни процеси, той не е безвреден за организма.

За да се предотврати унищожаването на клетките и тъканите, водородният пероксид трябва бързо да се превърне в друго, по-малко опасно вещество за тялото. С тази задача управлява каталазния ензим - той разлага молекулата на пероксида на две молекули вода и кислородна молекула.

Реакцията на разлагане на водороден прекис в живите тъкани:

2 Н₂О₂ → 2 Н₂O + O₂

Молекулния механизъм на разцепване с водороден пероксид от ензима каталаза все още не е изучен. Предполага се, че реакцията протича в два етапа - в първия етап желязото в протетичната група на каталазата се свързва с кислородния атом на пероксида, докато се отделя една молекула вода. На втория етап окислената кръв реагира с друга молекула водороден пероксид, което води до образуването на друга молекула вода и една молекула кислород.

Поради това действие на ензима каталаза върху водороден прекис, наличието на това активно вещество в тъканните проби е лесно да се определи. За да направите това, просто добавете малко количество водороден прекис към пробата и наблюдавайте реакцията. Наличието на ензим е показано чрез образуването на кислородни мехурчета. Тази реакция е добра, защото не изисква специално оборудване или инструменти - може да се наблюдава с просто око.

Струва си да се отбележи, че йонът на всеки тежък метал може да действа като неконкурентен каталазен инхибитор. В допълнение, всички известни цианиди се държат като конкурентен каталазен инхибитор, ако има много водороден пероксид в тъканите. Арсенати играят ролята на активатори.

приложение

гниене ензимно действие каталазата върху водородния пероксид намира приложение в хранителната промишленост - с премахването на този ензим от мляко Н₂ох₂ преди да готвите сиренето. Друго приложение е специалната опаковка на храните, която предпазва продуктите от окисляване. Каталазата също се използва в текстилната промишленост за отстраняване на водороден пероксид от тъканите.

Използва се в малки количества в хигиената на контактните лещи. Някои дезинфектанти имат водороден пероксид в състава и каталазата се използва за разграждане на този компонент преди повторното използване на лещите.

дейност

Активността на каталазния ензим зависи от възрастта на организма. В младите тъкани активността на ензима е много по-висока, отколкото в старите. С възрастта, както при хората, така и при животните, активността на каталазата постепенно намалява в резултат на стареене на органи и тъкани.

Според скорошно проучване, намаляването на активността на каталазата е една от възможните причини за загуба на коса. Водородният пероксид постоянно се образува в човешкото тяло, но не уврежда - каталазата бързо се разлага. Но ако нивото на този ензим е намалено, очевидно е, че не всички водородни пероксиди се катализират от ензима. По този начин, обезцветява косата отвътре, разтваряйки естествени багрила. Това неочаквано откритие сега се тества от изследователи и може би ще играе роля в разработването на лекарства, които спират косата.