Katalaza

Katalaza je široko rasprostranjeni enzim kod prokariota i eukariota. Važan je faktor u antioksidacijskoj zaštiti organizma. Katalizira hemijsku reakciju razgradnje toksičnog vodikovog peroksida na molekule kisika i vode. Vodikov peroksid , skupa sa superoksidnim anionom (O2-), hidroksilnim radikalom (HO*) i singletnim kisikom (1O2) spada u slobodne radikale kisika.^[1]^[2]^[3]

Struktura i funkcija

Katalaza je sastavljena od četiri podjedinice (tj. ona je tetramer), pri čemu svaka od njih sadrži jednu molekulu hema. Javlja se kod gotovo svih organizama, od mikroorganizama – do biljaka, životinja i čovjeka.^[4]^[5]^[6] Široko je rasprostranjen kod čovjeka, osobito u ćelijama jetre u peroksisomima i eritrocitima. Glavna uloga ovog enzima je razgradnja vodikovog peroksida u kisik i vodu:

$2\,H_{2}O_{2}\longrightarrow O_{2}+2\,H_{2}O$ .

Za razgradnju vodikovog peroksida, kod čovjeka postoje i drugi enzimi koji su sposobni za istu katalizu, kao primjerice glutation peroksidaza. Ona je, u fiziološkim uvjetima (mala koncentracija vodikovog peroksida), čak i aktivnija od katalaze, ali pri povećanim koncentracijama vodikovog peroksida, aktivnost katalaze se naglo povećava. Prema tome, biološka funkcija katalaze je u sistemu zaštite organizma od štetnog djelovanja vodikovog peroksida, kad mu koncentracija poraste na neuobičajeno visoku razinu.^[7]^[8]^[9]^[10]

Mnoge bakterije imaju ovaj enzim, kao jedan od faktora zaštite od djelovanja imunog sistem . U procesu fagocitoze, leukociti, odnosno ćelije imunog sistema) uništavaju bakterije proizvodnjom slobodnih radikala kisika, koji ulaze u sadržaj fagocitoznog mjehurića, u kojem leukociti zarobljavaju bakteriju. Prisustvo i djelovanje katalaze, nekim bakterijama omogućava da prežive u takvom neprijateljskom okruženju. Neke bakterije , kao npr. Staphylococcus aureus, mogu se identificirati utvrđivanjem prisutnosti ovog enzima. Kada je se u bakterijskoj kulturi odvija katalaza, nakon dodavanja vodik peroksida pojavljuju se mjehurići kisika, uslijed razgradnje složenih molekula . Ovaj lako izvediv test se često primjenjuje u mikrobiologiji, za identifikaciju mikroorganizama.^[4]^[5]^[6]^[11]^[11]

Molekulski mehanizam

Iako kompletan mehanizam djelovanja katalaze trenutno nije poznat, vjeruje se reakcija javlja u dvije faze:

H₂O₂ + Fe (III) -E → H₂O + O = Fe (IV) -E (. +);
H₂O₂ + O = Fe (IV) -E (. +) → H2O + Fe (III) -E + O₂

Fe ( ) - E predstavlja željezni centra hem grupe u enzimu. Fe (IV) -E (. +) je mezomerni oblik Fe (V) -E, što znači da se željezo nije u potpunosti oksidiralo do + V, ali ne prima "pomoćne elektrona" iz liganda hema. Ovaj hem se zatim mora izvesti kao radikalni kation (. +).

Kao što vodik peroksid ulazi u aktivno stanje, u interakciji s aminokiselinama Asn147 (asparagin na položaju 147) i His74, uzrokujući proton (vodikov ion) za prijenos između atoma kisika. Atom slobodnog kisika koordinira, oslobađajući novoformirane molekula vode i Fe (IV) = O. Fe (IV) = O; reagira sa drugom molekulom vodikovog peroksida za preoblikovanje Fe (III) -E i proizvoditi vodu i kisik. Reaktivnost željeznog centra može poboljšati prisustvo fenolatnog liganda Tyr357 u peti ligand željeza, koji mogu pomoći u oksidaciji Fe (III) u Fe (IV). Efikasnost reakcije može se poboljšati interakcijom His74 i Asn147 s reakcijom intermedijera. U principu, brzina reakcije može se odrediti po Michaelis-Mentenovoj jednadžbi.

Katalaze također mogu katalizirati oksidacije vodik peroksida, raznih metabolita i toksina, uključujući i formaldehid, mravlja kiselina, fenol, acetaldehid i alkohol. To se odvija prema slijedećoj reakciji:

H₂O₂ + H2R → 2H₂O + R.

Tačan mehanizam ove reakcije nije poznat. Bilo koji teški metalni ion, kao što je bakar (II) sulfat, mogu djelovati kao nekonkurentni inhibitor katalaze. Osim toga, otrov cijanid je kompetitivni inhibitor katalaze u visokim koncentracijama vodikovog peroksida, dok arsenat djeluje kao aktivator.Trodimenzijske proteinske strukture međuproizvoda peroksidirane katalaze dostupne su u bazi Proteinske banke podataka. Ovaj enzim se najčešće koristi u laboratorijima kao alat za učenje efekat enzima na stope reakcija.

Također pogledajte

Reference

^ Chelikani P., Fita I., Loewen P. C. (2004.): Diversity of structures and properties among catalases. Cell. Mol. Life Sci., 61 (2): 192.–208.
^ Boon E. M., Downs A., Marcey D. (2007): Catalase: H2O2: H2O2 oxidoreductase. Catalase Structural Tutorial Text.
^ Rollins D. M. (2000): Bacterial pathogen list. BSCI 424 Pathogenic Microbiology. University of Maryland.
^ ^a ^b Lindhorst T. K. (2007): Essentials of carbohydrate chemistry and biochemistry. Wiley-VCH, ISBN 3527315284.
^ ^a ^b Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.
^ ^a ^b Nelson D. L., Cox M. M. (2013): Lehninger principles of biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.
^ Hall J. E., Guyton A. C. (2006): Textbook of medical physiology, 11th edition. Elsevier Saunders, St. Louis, Mo, ISBN 0-7216-0240-1.
^ Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.
^ Kornberg A. (1989): For the love of enzymes – The Odyssay of a biochemist. Harvard University Press, Cambridge (Mass.), London,ISBN 0-674-30775-5, ISBN 0-674-30776-3.
^ Laidler K. J. (1978): Physical chemistry with biological applications. Benjamin/Cummings, Menlo Park, ISBN 0-8053-5680-0.
^ ^a ^b Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.

Vanjski linkovi

"GenAge entry for CAT (Homo sapiens)". Human Ageing Genomic Resources. Pristupljeno 5. 3. 2009.
"Catalase". MadSci FAQ. madsci.org. Arhivirano s originala, 9. 3. 2009. Pristupljeno 5. 3. 2009. CS1 održavanje: nepreporučeni parametar (link)
"Catalase and oxidase test video". Regnvm Prokaryotae. Pristupljeno 5. 3. 2009.
"EC 1.11.1.6 - catalase". Brenda: The Comprehensive Enzyme Information System. Pristupljeno 5. 3. 2009.
"PeroxiBase - The peroxidase database". The Bioinformatics platform of Toulouse-Midi-Pyrénnées. Arhivirano s originala 22. 7. 2012. Pristupljeno 8. 12. 2015.CS1 održavanje: bot: nepoznat status originalnog URL-a (link)
"Catalase Procedure". wayback.archive.org-MicrobeID.com. Arhivirano s originala 2. 10. 2010. Pristupljeno 8. 12. 2015.CS1 održavanje: bot: nepoznat status originalnog URL-a (link)
"Catalase Molecule of the Month". Protein Data Bank. Arhivirano s originala, 21. 11. 2015. Pristupljeno 8. 12. 2015.

[1] Chelikani P., Fita I., Loewen P. C. (2004.): Diversity of structures and properties among catalases. Cell. Mol. Life Sci., 61 (2): 192.–208.

[2] Boon E. M., Downs A., Marcey D. (2007): Catalase: H2O2: H2O2 oxidoreductase. Catalase Structural Tutorial Text.

[3] Rollins D. M. (2000): Bacterial pathogen list. BSCI 424 Pathogenic Microbiology. University of Maryland.

[Lindhorst_T._K._2007-4] Lindhorst T. K. (2007): Essentials of carbohydrate chemistry and biochemistry. Wiley-VCH, ISBN 3527315284.

[Hunter_G._K._2000-5] Hunter G. K. (2000): Vital Forces. The discovery of the molecular basis of life. Academic Press, London 2000, ISBN 0-12-361811-8.

[Nelson_D._L._2013-6] Nelson D. L., Cox M. M. (2013): Lehninger principles of biochemistry. W. H. Freeman and Co., ISBN 978-1-4641-0962-1.

[7] Hall J. E., Guyton A. C. (2006): Textbook of medical physiology, 11th edition. Elsevier Saunders, St. Louis, Mo, ISBN 0-7216-0240-1.

[8] Međedović S., Maslić E., Hadžiselimović R. (2000): Biologija 2. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 9958-10-222-6.

[9] Kornberg A. (1989): For the love of enzymes – The Odyssay of a biochemist. Harvard University Press, Cambridge (Mass.), London,ISBN 0-674-30775-5, ISBN 0-674-30776-3.

[10] Laidler K. J. (1978): Physical chemistry with biological applications. Benjamin/Cummings, Menlo Park, ISBN 0-8053-5680-0.

[Bajrović_K_2005-11] Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Hadžiselimović R., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]