Catalase הוא אנזים oxidoreductase (H2O2: oxidoreductase H2O2) לתפוצה רחבה בטבע. זה מזרז, ברקמות וסוגי תאים שונים, את תגובת ה"פירוק "של מי חמצן לחמצן מולקולרי ולמים.
התצפיות הראשונות על סוג זה של אנזים מתוארכות לתחילת שנות העשרה של המאה העשרים, אך בשנת 1901 זיהה לוו כי קטלאז קיים כמעט בכל היצורים החיים הקיימים ובסוגים שונים של תאים שונים.
מבנה מולקולרי של האנזים קטלאז (מקור: Vossman באמצעות ויקימדיה Commons)
אנזים זה, הכרחי לשמירה על שלמות הסלולר והווסת העיקרי של חילוף החומרים במימן חמצן, היה גורם בסיסי בכדי להיות מסוגל לאשר שבטבע ישנם אנזימים הפועלים על מצעים ספציפיים.
יונקים ואורגניזמים אחרים מחזיקים באנזימים קטלאזיים שיכולים גם הם להתנהג כפרוקסידאזים, מה שמזרז את תגובות הרדוקס של מצעים שונים באמצעות מי חמצן.
ברוב האוקריוטים, אנזימים קטלאזיים נמצאים בעיקר באורגנלים תת-תאים המכונים "פרוקסיסומים", ובבני אדם ישנם מצבים פתולוגיים רבים הקשורים למחסור באנזים זה.
מאפיינים
פעילותם של אנזימים כמו קטלאז יכולה להשתנות במידה ניכרת בהתאם לסוג הרקמה הנחשבת. אצל יונקים, למשל, פעילות קטאזז משמעותית הן בכליות והן בכבד, והיא נמוכה בהרבה ברקמות החיבור.
לפיכך, קטליז ביונקים קשור בעיקר לכל הרקמות המציגות מטבוליזם אירובי משמעותי.
יונקים מחזיקים בקטליזות במיטוכונדריה ובפרוקסיסומים, ובשני התאים הם אנזימים הקשורים לממברנות אורגניות. לעומת זאת, אצל אריתרוציטים פעילות קטאלז קשורה לאנזים מסיס (יש לזכור שלארתרוציטים אין מעט אברונים פנימיים).
קטלאז הוא אנזים עם מספר מחזור גבוה או קבוע קטליטי (הוא מהיר ויעיל מאוד) והתגובה הכללית שהוא מזרז היא כדלקמן:
2H2O2 → 2H2O + O2
בנוכחות ריכוזים נמוכים של מי חמצן, קטאלז של יונקים, למשל, מתנהג כמו אוקסידאז, ובמקום זאת משתמשים בחמצן מולקולרי (O2) לחמצון מולקולות כמו אינדול ו- ß-fenylethylamine, מבשרי חומצת האמינו טריפטופן ו מוליך עצבי, בהתאמה.
ידועים כיום כמה מעכבים תחרותיים של פעילות קטלאז, ובמיוחד נתרן אזיד ו -3-אמינוטריאזול. אזיד, בצורתו האנאונית, הוא מעכב רב עוצמה של חלבונים אחרים עם קבוצות heme ומשמש לחיסול או מניעה של צמיחת מיקרואורגניזמים בתנאים שונים.
מִבְנֶה
אצל בני אדם, הקטלאז מקודד על ידי גן 34 קילובייטים שיש בו 12 אינטרונים ו -13 אקסונים ומקודד חלבון של חומצה אמינית 526.
מרבית הקטלאזות שנחקרו הם אנזימים טטריים עם משקל מולקולרי קרוב ל- 240 kDa (60 kDa לכל יחידה משנה) וכל מונומר קשור לחמין תותבת או קבוצת פרופרוטורופירין.
מבנהו מורכב מארבעה תחומים המורכבים ממבנים משניים הנוצרים על ידי מסות אלפא ויריעות מקופלות בטא, ומחקרים שבוצעו באנזים הכבד של בני אדם ובינביים הראו כי חלבונים אלה קשורים לארבע מולקולות NADPH.
נראה כי מולקולות NADPH אלה אינן חיוניות לפעילות האנזימטית של קטלאז (לייצור מים וחמצן ממי חמצן), אך נראה כי הן קשורות לירידה ברגישות של אנזים זה לריכוזים גבוהים של זה מצע רעיל.
התחומים של כל יחידת משנה בקטליז אנושי הם:
-זרוע N-מסוף מורחבת שאינה כדורית, המתפקדת לייצוב המבנה הרבעוני
-חבית β של שמונה סדינים מקופלים β-תאים, התורמים חלק מהשאריות הקשורות לרוחב לקבוצת ההם
-תחום "מעטפה" המקיף את התחום החיצוני, כולל קבוצת ההם ולבסוף
-תחום עם מבנה סליל אלפא
ארבע יחידות המשנה, עם ארבעת התחומים הללו, אחראיות להיווצרות תעלה ארוכה שגודלה הוא קריטי למנגנון ההכרה של מי חמצן על ידי האנזים (המשתמש בחומצות אמינו כמו היסטידין, אספרגין, גלוטמין וחומצה אספרטית) זה).
מאפיינים
לדברי חלק מהמחברים, קטלאז ממלא שני פונקציות אנזימטיות:
הפירוק של מי חמצן למים וחמצן מולקולרי (כפרוקסידאז ספציפי).
-חמצת תורמי פרוטונים, כגון מתנול, אתנול, הרבה פנולים וחומצה פורמית, תוך שימוש בשומה אחת של מי חמצן (כפרוקסידאז לא ספציפי).
-בארתרוציטים נראה כי הכמות הגדולה של הקטלאז ממלאת תפקיד חשוב בהגנה של המוגלובין מפני חומרים מחמצנים, כגון מי חמצן, חומצה אסקורבית, מתיל הידרזין ואחרים.
האנזים הקיים בתאים אלה אחראי להגנה על רקמות אחרות בעלות פעילות קטלאז מועטה כנגד ריכוזים גבוהים של מי חמצן.
-חרקים מסוימים כמו חיפושית המפציצים משתמשים בקטאז כמנגנון הגנה, מכיוון שהם מפרקים מי חמצן ומשתמשים בתוצר החמצן הגזי של תגובה זו כדי להניע את שחרורם של מים ותרכובות כימיות אחרות בצורת אדי.
-בצמחים, קטלאז (המופיע גם בפרוקסיזומים) הוא אחד המרכיבים של מנגנון ההנשמה, ובמהלכו משמש הפוספוגליקולאט המיוצר על ידי האנזים RuBisCO לייצור 3-פוספוליצרט.
פתולוגיות קשורות בבני אדם
מקורות הייצור העיקריים של המצע לקטליז, מי חמצן, הם תגובות המונזזות על ידי אנזימי אוקסידאז, מיני חמצן תגוביים וכמה תאי גידול.
תרכובת זו מעורבת בתהליכים דלקתיים, בביטוי של מולקולות דבק, באפופטוזיס, בוויסות צבירת הטסיות ובבקרת התפשטות התאים.
כאשר ישנם חסרים באנזים זה, נוצרים ריכוזים גבוהים של המצע שלו, הגורם לנגעים בקרום התא, ליקויים בהעברת אלקטרונים במיטוכונדריה, במטבוליזם הומוציסטאין וב- DNA.
בין המחלות הקשורות למוטציות בגן המקודד לקטליז אנושי:
סוכרת מליטוס
- יתר לחץ דם ארצי
-אלצהיימר
ויטיליגו ואחרים
הפניות
- Agar, N., Sadrzadeh, S., Hallaway, P., & Eaton, J. (1986). אריתרוציט קטלאז. הגנה מפני חמצון סומטי? ג'יי קלין. להשקיע. , 77, 319–321.
- Góth, L., Rass, P., & Páy, A. (2004). מוטציות אנזים קטאלאז והקשר שלהם למחלות. אבחון מולקולרי, 8 (3), 141–149.
- קירקמן, ח., וגתנית, GF (1984). קטלאז: אנזים טטראמרי עם ארבע מולקולות כבולות בחוזקה. פרוק. נטל. אקד. מדע ארה"ב, 81, 4343-4347.
- קירקמן, HN, & Gaetani, GF (2006). קטליז של יונקים: אנזים מכובד עם תעלומות חדשות. מגמות במדעים ביוכימיים, 32 (1), 44–50.
- ראון, ג'יי.די (1998). בִּיוֹכִימִיָה. ברלינגטון, מסצ'וסטס: הוצאת ניל פטרסון.
- סולומון, א., ברג, ל., ומרטין, ד. (1999). ביולוגיה (מהדורה חמישית). פילדלפיה, פנסילבניה: הוצאת מכללת סונדרס.
- Vainshtein, B., Melik-Adamyan, W., Barynin, V., Vagin, A., and Grebenko, A. (1981). מבנה תלת מימדי של האנזים קטאלז. טבע, 293 (1), 411-412.