Katalaz , doğada bolca bulunan: (H2O2 oksidoredüktaz H2O2) bir oksidoredüktaz enzimdir. Hidrojen peroksitin moleküler oksijen ve suya "parçalanma" reaksiyonunu çeşitli doku ve hücre tiplerinde katalize eder.
Bu tür bir enzimin ilk gözlemleri 1810'ların başlarına kadar uzanmaktadır, ancak Loew, katalazın hemen hemen tüm canlı organizmalarda ve çok sayıda farklı hücre tipinde bulunduğunu 1901 yılında fark etmiştir.
Katalaz enziminin moleküler yapısı (Kaynak: Wikimedia Commons aracılığıyla Vossman)
Hücresel bütünlüğün korunması için çok önemli olan ve hidrojen peroksit metabolizmasının ana düzenleyicisi olan bu enzim, doğada belirli substratlar üzerinde etki eden enzimlerin var olduğunu doğrulayabilmek için temel bir faktördü.
Memeliler ve diğer organizmalar, hidrojen peroksit kullanarak farklı substratların redoks reaksiyonlarını katalize eden peroksidazlar olarak da davranabilen katalaz enzimlerine sahiptir.
Çoğu ökaryotta, katalaz enzimleri ağırlıklı olarak "peroksizomlar" olarak bilinen hücre altı organellerde bulunur ve insanlarda bu enzimin eksikliğiyle ilgili çok sayıda patolojik durum vardır.
karakteristikleri
Katalaz gibi enzimlerin aktivitesi, dikkate alınan doku tipine bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir. Örneğin memelilerde, katalaz aktivitesi hem böbreklerde hem de karaciğerde önemlidir ve bağ dokularında çok daha düşüktür.
Bu nedenle, memelilerde katalaz, temel olarak önemli aerobik metabolizma sergileyen tüm dokularla ilişkilidir.
Memeliler hem mitokondri hem de peroksizomlarda katalazlara sahiptir ve her iki bölmede de organel zarlarla ilişkili enzimlerdir. Bunun aksine, eritrositlerde katalaz aktivitesi çözünür bir enzimle ilişkilidir (eritrositlerin birkaç iç organeline sahip olduğunu unutmayın).
Katalaz, yüksek devir sayısı veya katalitik sabiti olan (çok hızlı ve etkilidir) bir enzimdir ve katalize ettiği genel reaksiyon aşağıdaki gibidir:
2H2O2 → 2H2O + O2
Düşük hidrojen peroksit konsantrasyonlarının varlığında, örneğin memeli katalaz, amino asit triptofanın öncüleri olan indol ve β-feniletilamin gibi molekülleri oksitlemek için moleküler oksijen (O2) kullanarak bir oksidaz gibi davranır ve sırasıyla bir nörotransmiter.
Katalaz aktivitesinin bazı rekabetçi inhibitörleri, özellikle sodyum azit ve 3-aminotriazol, halihazırda bilinmektedir. Azid, anyonik formunda, hem gruplu diğer proteinlerin güçlü bir inhibitörüdür ve farklı koşullar altında mikroorganizmaların büyümesinin ortadan kaldırılması veya önlenmesi için kullanılır.
yapı
İnsanlarda katalaz, 12 intron ve 13 eksona sahip olan ve 526 amino asit proteinini kodlayan 34 kb'lik bir gen tarafından kodlanır.
İncelenen katalazların çoğu 240 kDa'ya yakın bir moleküler ağırlığa (her bir alt birim için 60 kDa) sahip tetramerik enzimlerdir ve her bir monomer, bir prostetik hemin veya ferroprotoporfirin grubu ile ilişkilidir.
Yapısı, alfa helisler ve beta katlanmış tabakalardan oluşan sekonder yapılardan oluşan dört alandan oluşur ve insan ve sığırların karaciğer enziminde yapılan çalışmalar, bu proteinlerin dört NADPH molekülüne bağlı olduğunu göstermiştir.
Bu NADPH molekülleri, katalazın enzimatik aktivitesi için gerekli görünmüyor (hidrojen peroksitten su ve oksijen üretimi için), ancak bu enzimin yüksek konsantrasyonlarına duyarlılığındaki bir azalmayla ilişkili görünmektedirler. toksik substrat.
İnsan katalazındaki her alt birimin alanları şunlardır:
Kuaterner yapının stabilizasyonu için işlev gören, küresel olmayan genişletilmiş N-terminal kolu
- Heme grubuna yanal bağlanma kalıntılarının bir kısmına katkıda bulunan sekiz antiparalel β katlanmış tabakadan oluşan bir-varil
-Heme grubu dahil olmak üzere dış alanı çevreleyen bir "zarf" alanı ve son olarak
Alfa helix yapısına sahip bir alan
Bu dört bölgeye sahip dört alt birim, boyutu hidrojen peroksitin enzim tarafından tanınması mekanizması için kritik olan uzun bir kanalın oluşumundan sorumludur (ki bu da histidin, asparajin, glutamin ve aspartik asit gibi amino asitleri kullanır. o).
Özellikleri
Bazı yazarlara göre, katalaz iki enzimatik işlevi yerine getirir:
- Hidrojen peroksidin suya ve moleküler oksijene ayrışması (spesifik bir peroksidaz olarak).
-Metanol, etanol, birçok fenol ve formik asit gibi proton donörlerinin bir mol hidrojen peroksit (spesifik olmayan bir peroksidaz olarak) kullanılarak oksidasyonu.
- Eritrositlerde, büyük miktarda katalaz, hemoglobinin hidrojen peroksit, askorbik asit, metilhidrazin ve diğerleri gibi oksitleyici maddelere karşı korunmasında önemli bir rol oynar gibi görünmektedir.
Bu hücrelerde bulunan enzim, düşük katalaz aktivitesi ile diğer dokuların yüksek hidrojen peroksite karşı savunmasından sorumludur.
-Bombardier böceği gibi bazı böcekler, hidrojen peroksidi ayrıştırdıklarından ve bu reaksiyonun gaz halindeki oksijen ürününü, su ve buhar formundaki diğer kimyasal bileşiklerin salınımını hızlandırmak için kullandıklarından, bir savunma mekanizması olarak katalaz kullanırlar.
-Bitkilerde katalaz (peroksizomlarda da mevcuttur), RuBisCO enzimi tarafından üretilen fosfoglikolatın 3-fosfogliserat üretimi için kullanıldığı fotorespirasyon mekanizmasının bileşenlerinden biridir.
İnsanlarda ilgili patolojiler
Katalaz substratı olan hidrojen peroksitin ana üretim kaynakları, oksidaz enzimleri, reaktif oksijen türleri ve bazı tümör hücreleri tarafından katalize edilen reaksiyonlardır.
Bu bileşik, iltihaplanma süreçlerinde, yapışkan moleküllerin ekspresyonunda, apoptozda, trombosit agregasyonunun düzenlenmesinde ve hücre çoğalmasının kontrolünde rol oynar.
Bu enzimin eksiklikleri olduğunda, hücre zarında lezyonlara, mitokondride, homosistein metabolizmasında ve DNA'da elektron taşınmasında bozukluklara neden olan yüksek substrat konsantrasyonları üretilir.
İnsan katalazı için kodlama genindeki mutasyonlarla ilişkili hastalıklar arasında şunlar vardır:
-Mellitus diyabeti
Arteriyel hipertansiyon
-Alzheimer
Vitiligo ve diğerleri
Referanslar
- Agar, N., Sadrzadeh, S., Hallaway, P. ve Eaton, J. (1986). Eritrosit Katalaz. Somatik Oksidan Savunması? J. Clin. Invest. , 77, 319–321.
- Góth, L., Rass, P. ve Páy, A. (2004). Katalaz Enzim Mutasyonları ve Hastalıklarla İlişkisi. Moleküler Tanı, 8 (3), 141–149.
- Kirkman, H. ve Gaetanit, GF (1984). Katalaz: Sıkıca bağlanmış dört NADPH molekülüne sahip tetramerik bir enzim. Proc. Natl. Acad. Sci USA, 81,4343-4347.
- Kirkman, HN ve Gaetani, GF (2006). Memeli katalaz: Yeni gizemlere sahip saygıdeğer bir enzim. Biyokimyasal Bilimlerdeki Eğilimler, 32 (1), 44–50.
- Rawn, JD (1998). Biyokimya. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Solomon, E., Berg, L. ve Martin, D. (1999). Biyoloji (5. baskı). Philadelphia, Pensilvanya: Saunders College Publishing.
- Vainshtein, B., Melik-Adamyan, W., Barynin, V., Vagin, A. ve Grebenko, A. (1981). Katalaz enziminin üç boyutlu yapısı. Nature, 293 (1), 411-412.