Catalase - ένα ένζυμο που βρίσκεται σχεδόν σε όλαζωντανούς οργανισμούς. Η κύρια λειτουργία του είναι να καταλύει την αντίδραση αποσύνθεσης του υπεροξειδίου του υδρογόνου σε ουσίες αβλαβείς για το σώμα. Η καταλάση έχει μεγάλη σημασία για τη ζωτική δραστηριότητα των κυττάρων, καθώς τα προστατεύει από την καταστροφή τους με ενεργές μορφές οξυγόνου.

Γενικές πληροφορίες

Το ένζυμο καταλάση αναφέρεται σε οξειδορεδουκτάσες - μία τεράστια κατηγορία ενζύμων που καταλύουν τη μεταφορά ηλεκτρονίων από το αναγωγικό μόριο (δότης) στο οξειδωτικό μόριο (δέκτης).

Το βέλτιστο ρΗ για την καταλάση στον άνθρωποτο σώμα είναι περίπου 7, ωστόσο, ο ρυθμός αντίδρασης δεν αλλάζει σημαντικά στις τιμές του δείκτη υδρογόνου από 6,8 σε 7,5. Το βέλτιστο ρΗ για άλλες καταλάσες κυμαίνεται από 4 έως 11, ανάλογα με τον τύπο του οργανισμού. Η βέλτιστη θερμοκρασία επίσης ποικίλλει, για ένα άτομο είναι περίπου 37^o Γ.

Η καταλάση είναι ένα από τα ταχύτερα ένζυμα. Μόνο ένα μόριο μπορεί να μετατρέψει εκατομμύρια μόρια υπεροξειδίου του υδρογόνου σε νερό και οξυγόνο σε ένα δευτερόλεπτο. Από την άποψη της ενζυμολογίας, αυτό σημαίνει ότι το ένζυμο της καταλάσης χαρακτηρίζεται από μεγάλο αριθμό περιστροφών.

Δομή του ενζύμου

Η καταλάση είναι τετραμερές τεσσάρωνπολυπεπτιδικές αλυσίδες, κάθε μία από τις οποίες έχει μήκος μεγαλύτερο από 500 αμινοξέα. Το ένζυμο έχει τέσσερις ομάδες πορφυρίτης αιμή, εξαιτίας των οποίων και αντιδρά με τις ενεργές μορφές οξυγόνου. Η οξειδωμένη αιμή είναι προσθετική ομάδα καταλάσης.

Ιστορία της ανακάλυψης

Η καταλαία δεν ήταν γνωστή στους επιστήμονες μέχρι το 1818,ενώ ο Louis Jacques Tenar, ένας χημικός που ανακάλυψε το υπεροξείδιο του υδρογόνου σε ζωντανά κύτταρα, δεν υπολόγισε ότι η καταστροφή του οφειλόταν στη δράση μιας προηγουμένως άγνωστης βιολογικής ουσίας.

Το 1900 εισήχθη για πρώτη φορά ο Γερμανός χημικός Όσκαρ Λεβμακροπρόθεσμα "καταλάση" για τον χαρακτηρισμό μιας μυστηριώδους ουσίας που αποσυνθέτει υπεροξείδιο. Κατάφερε επίσης να απαντήσει στην ερώτηση, όπου περιέχεται το ένζυμο καταλάση. Ως αποτέλεσμα πολλών πειραμάτων, ο Oscar Lev αποκάλυψε ότι αυτό το ένζυμο είναι χαρακτηριστικό για όλα σχεδόν τα ζώα και τους φυτικούς οργανισμούς. Σε ένα ζωντανό κύτταρο, όπως πολλά άλλα ένζυμα, η καταλάση περιέχεται σε υπεροξυσώματα.

Το 1937, για πρώτη φορά ήταν δυνατό να κρυσταλλωθείκαταλάση από συκώτι βοδινού. Το 1938, η μοριακή μάζα του ενζύμου προσδιορίστηκε ότι είναι 250 kDa. Το 1981, οι επιστήμονες έλαβαν εικόνα τρισδιάστατης δομής καταλάσης βοοειδών.

Κατάλυση του υπεροξειδίου του υδρογόνου

Παρά το γεγονός ότι το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι προϊόν πολλών φυσιολογικών μεταβολικών διεργασιών, δεν είναι ακίνδυνο για το σώμα.

Για την πρόληψη της καταστροφής των κυττάρων και των ιστών,το υπεροξείδιο του υδρογόνου πρέπει να μετατραπεί γρήγορα σε άλλη, λιγότερο επικίνδυνη ουσία για το σώμα. Είναι με αυτό το καθήκον ότι το ένζυμο της καταλάσης διαχειρίζεται - αποσυνθέτει το μόριο του υπεροξειδίου σε δύο μόρια νερού και ένα μόριο οξυγόνου.

Η αντίδραση της αποσύνθεσης του υπεροξειδίου του υδρογόνου στους ζωντανούς ιστούς:

2 Η₂Ο₂ → 2 Η₂O + O₂

Μοριακός μηχανισμός διάσπασης υπεροξειδίουένζυμο υδρογόνου καταλάσης δεν έχει μελετηθεί ακόμη. Θεωρείται ότι η αντίδραση λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια - στο πρώτο στάδιο, ο σίδηρος στην προσθετική ομάδα της καταλάσης δεσμεύεται στο άτομο οξυγόνου του υπεροξειδίου, ενώ απελευθερώνεται ένα μόριο νερού. Στο δεύτερο στάδιο, η οξειδωμένη αιματική αντιδρά με ένα άλλο μόριο υπεροξειδίου του υδρογόνου, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός άλλου μορίου νερού και ενός μορίου οξυγόνου.

Λόγω αυτής της δράσης του ενζύμου καταλάση επάνωυπεροξείδιο του υδρογόνου, η παρουσία αυτής της δραστικής ουσίας σε δείγματα ιστών είναι εύκολο να προσδιοριστεί. Για να γίνει αυτό, απλά προσθέστε μια μικρή ποσότητα υπεροξειδίου του υδρογόνου στο δείγμα και παρατηρήστε την αντίδραση. Η παρουσία ενός ενζύμου υποδεικνύεται από το σχηματισμό φυσαλίδων οξυγόνου. Αυτή η αντίδραση είναι καλή επειδή δεν απαιτεί κανένα ειδικό εξοπλισμό ή εργαλεία - μπορεί να παρατηρηθεί με γυμνό μάτι.

Αξίζει να σημειωθεί ότι το ιόν οποιουδήποτε βαρέος μετάλλουμπορεί να λειτουργήσει ως μη ανταγωνιστικός αναστολέας της καταλάσης. Επιπλέον, όλα τα γνωστά κυανίδια συμπεριφέρονται ως ανταγωνιστικοί αναστολείς της καταλάσης, εάν υπάρχει πολύ υπεροξείδιο του υδρογόνου στους ιστούς. Τα αρσενικά παίζουν το ρόλο των ενεργοποιητών.

Εφαρμογή

Η αποικοδομητική επίδραση του ενζύμου της καταλάσης στο υπεροξείδιο του υδρογόνου έχει βρει εφαρμογή στη βιομηχανία τροφίμων - αυτό το ένζυμο απομακρύνεται από το γάλα H₂Σχετικά με₂ πριν από το μαγείρεμα του τυριού. Μια άλλη εφαρμογή είναι ειδική συσκευασία τροφίμων, η οποία προστατεύει τα προϊόντα από την οξείδωση. Η καταλάση χρησιμοποιείται επίσης στην κλωστοϋφαντουργία για την απομάκρυνση του υπεροξειδίου του υδρογόνου από τους ιστούς.

Χρησιμοποιείται σε μικρές ποσότητες σευγιεινή των φακών επαφής. Ορισμένα απολυμαντικά έχουν υπεροξείδιο του υδρογόνου στη σύνθεση και η καταλάση χρησιμοποιείται για να διαλύσει αυτό το συστατικό πριν επαναχρησιμοποιήσει τους φακούς.

Δραστηριότητα

Η δραστικότητα του ενζύμου της καταλάσης εξαρτάται από την ηλικίαοργανισμό. Σε νέους ιστούς, η δραστηριότητα του ενζύμου είναι πολύ υψηλότερη από ό, τι στα παλιά. Με την ηλικία, τόσο στον άνθρωπο όσο και στα ζώα, η δραστηριότητα της καταλάσης μειώνεται σταδιακά ως αποτέλεσμα της γήρανσης των οργάνων και των ιστών.

Σύμφωνα με πρόσφατη μελέτη, μια μείωσηη δραστικότητα της καταλάσης είναι μία από τις πιθανές αιτίες της γκρίζας τρίχας. Το υπεροξείδιο του υδρογόνου σχηματίζεται συνεχώς στο ανθρώπινο σώμα, αλλά δεν βλάπτει - η καταλάση το αποσυνθέτει γρήγορα. Αλλά αν μειωθεί το επίπεδο αυτού του ενζύμου, είναι προφανές ότι δεν το καταλύουν όλα τα υπεροξείδια του υδρογόνου από το ένζυμο. Έτσι, αποχρωματίζει τα μαλλιά από το εσωτερικό, διαλύοντας φυσικές βαφές. Αυτή η απροσδόκητη ανακάλυψη δοκιμάζεται τώρα από ερευνητές και, ίσως, θα διαδραματίσει κάποιο ρόλο στην ανάπτυξη φαρμάκων που αναστέλλουν τα μαλλιά.