Catalase

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
catalază
Model tridimensional al enzimei
Enzima catalază este compusă din patru lanțuri polipeptidice. În verde, ionii de fier sunt vizibili într-un grup hem
Numărul CE 1.11.1.6
Clasă Oxidoreductaza
Numele sistematic
peroxid de hidrogen: peroxid de hidrogen oxidoreductaza
Alte nume
echilazie; caperasi; optidază; catalază-peroxidază; PISICĂ
Baze de date BRENDA , EXPASY , GTD , PPB ( RCSB PPB PDBe PDBj PDBsum )
Sursa:IUBMB
Catalase
Gene
HUGO PISICĂ
Locus Chr. 11 p13
Proteină
numar CAS 9001-05-2
PDB 1DGF
Enzimă
Numărul CE 1.11.1.6



Reprezentarea "panglică" a enzimei catalază.

Catalaza este o enzimă , aparținând clasei oxidoreductazelor , implicată în detoxifierea celulei din speciile reactive de oxigen . Catalizează următoarea reacție:

Este o hemoproteină foarte conservată în timpul evoluției organismelor vii.

Structura

Catalaza este un tetramer de 4 lanțuri polipeptidice cu o lungime minimă de 500 de aminoacizi . În interiorul tetramerului există 4 grupări feroase care permit enzimei să reacționeze cu peroxidul de hidrogen . Trebuie să lucreze cu molecule deosebit de reactive, catalaza este, de asemenea, o enzimă neobișnuit de stabilă. Cele patru lanțuri sunt împletite și astfel blochează întregul complex în forma corectă. PH-ul său ideal este de 7.

Mecanism molecular

Mecanismul molecular complet al catalazei nu este încă bine cunoscut. Cu toate acestea, se știe că reacția are loc în două etape:

  • H 2 O 2 + Fe (III) -E → H 2 O + O = Fe (IV) -E (. +)
  • H 2 O 2 + O = Fe (IV) -E (. +) → H 2 O + Fe (III) -E + O 2

unde Fe-E reprezintă centrul feros al grupării hemului atașat enzimei.

De îndată ce peroxidul de hidrogen intră în situl activ, este forțat să reacționeze cu aminoacizii His74 și Asn174. Acest lucru determină transferul unui proton ( ion hidrogen ) de la primul la al doilea oxigen , polarizând și întinzând legătura OO care se sparge. Atomul de oxigen liber se leagă de centrul feros al situsului activ, subminând molecula de apă nou formată și formând Fe (IV) = O. În a doua etapă, Fe (IV) = O reacționează cu un alt peroxid de hidrogen care reformează Fe (III) -E plus apă și oxigen .

Catalaza poate oxida, de asemenea, diverse toxine , cum ar fi formaldehida , acidul formic și alcoolul . Pentru a face acest lucru, folosește peroxid de hidrogen conform următoarei reacții

H 2 O 2 + H 2 R → 2H 2 O + R

Orice ion de metal greu (cum ar fi cationul de cupru din sulfatul de cupru (II)) acționează ca un inhibitor necompetitiv asupra catalazei. Otrăvurile cu cianură sunt, de asemenea, inhibitori competitivi ai catalazei, se leagă stabil de situsul activ al catalazei și blochează acțiunea enzimei.

Această enzimă este utilizată în mod obișnuit în laboratoare ca instrument pentru înțelegerea efectelor enzimelor asupra vitezei de reacție .

Parametrii cinetici

După cum sa raportat deja, catalaza are cel mai mare număr de cifre de afaceri , kcat, cunoscut printre enzime , 4 × 10 7 s -1 . Majoritatea enzimelor au un kcat între 1 s -1 și 1000 s -1 . Constanta sa Michaelis-Menten , KM, este relativ ridicată: 1,1 M. Aceasta înseamnă că este o enzimă relativ greu de saturat, adică atinge viteza maximă de reacție numai la concentrații mari de peroxid. Constanta de specificitate kcat / KM este deci egală cu aproximativ 4 × 107 M −1 s −1 , o valoare apropiată de limitele de difuzie a moleculelor din solvenți (între 10 8 și 10 9 M −1 s −1 ), prin urmare catalaza fiind o enzimă aproape catalitică perfectă. Aplicarea acestui tip de parametri la catalază nu este foarte directă, deoarece are un comportament cinetic care poate fi descris cu ecuația Michaelis-Menten numai atunci când peroxidul se găsește în concentrații scăzute. Cu toate acestea, catalazei este cunoscut a fi mai eficient în captarea celulară și detoxifierea H 2 O 2 decât alte tipuri de peroxidaza.

Rol în celulă

Reacția catalizată de catalază

Catalaza este localizată într-un organet celular numit peroxizom . [1] Peroxisomii sunt implicați în celulele vegetale în fotorespirare (utilizarea oxigenului cu producerea de dioxid de carbon ) și în fixarea simbiotică a azotului (ruperea legăturii diatomice a azotului (N 2 ) în atomi de azot reactivi). Mai general, enzima catalizează conversia peroxidului de hidrogen în apă și oxigen :

Peroxidul de hidrogen este un produs rezidual al metabolismului multor organisme vii. Este toxic deoarece poate provoca leziuni ale lipidelor membranei, proteinelor și acizilor nucleici ai celulei. O singură polipeptidă de catalază este capabilă să transforme până la 5 milioane de molecule de peroxid de hidrogen pe minut.

Enzima poate acționa, de asemenea, la unele specii, ca peroxidază ( numărul CE 1.11.1.7 [2] ), catalizând reacții precum următoarele:

ROOR '+ moleculă donatoare de electroni (2e - ) + 2H + → ROH + R'OH

Activitatea peroxidazei este foarte frecventă mai ales în prezența moleculelor donatoare, cum ar fi etanolul . Formele de catalază prezente în unele microorganisme, cum ar fi Penicillium simplicissimum , care prezintă atât catalază, cât și activitate peroxidază, sunt uneori identificate ca catalază-peroxidază [3] .

Peroxidul de hidrogen este, de asemenea, utilizat ca un agent antimicrobian puternic atunci când celulele sunt infectate cu un agent patogen . Agenții patogeni care sunt catalază pozitivă, cum ar fi Mycobacterium tuberculosis , Legionella pneumophila și Campylobacter jejuni , produc catalază pentru a dezactiva radicalii peroxid, permițându-le astfel să supraviețuiască netulburat în celula gazdă . [1]

Distribuția între organisme

Toate animalele cunoscute folosesc catalaza în toate organele , cu concentrații deosebit de mari în ficat . Enzima este, de asemenea, universală printre plante. Se cunosc puține microorganisme aerobe care nu utilizează catalază. [2] O utilizare unică a catalazei are loc la gândacul bombardier . Aceste gândaci permit grupurilor de substanțe chimice, inclusiv peroxidul de hidrogen, să se concentreze într-o cavitate din abdomen . Când consideră necesară expulzarea acestor substanțe în scopuri defensive, eliberează catalază și peroxidază în cavitate. Aceste enzime reacționează rapid cu apă oxigenată generând căldură și un surplus de oxigen . Sub presiunea oxigenului, substanțele încălzite sunt expulzate exploziv printr-o deschidere în cavitate. [3]

Catalaza nu este universală printre ciuperci , deși unele specii produc enzima atunci când sunt cultivate într-un mediu cu pH scăzut și la temperaturi destul de ridicate. [4] Catalaza a fost observată și în unele microorganisme anaerobe , cum ar fi Methanosarcina barkeri [5] .

Patologii asociate

Lipsa sau absența completă a catalazei (legată de defecte genetice în heterozigozitate sau în homozigozitate ) poate induce diverse patologii, la fel ca și în cazul deficiențelor altor enzime implicate în detoxifierea ROS (cum ar fi superoxidul dismutaza ). Tabloul patologic asociat deficienței de catalază se numește acatalazie sau acatalazemie .

Defectele catalazei ar putea juca, de asemenea, un rol în scleroza laterală amiotrofică (SLA), al cărei principal defect genetic este, în orice caz, în gena superoxidului dismutază [6] .

Aplicații

Catalaza este utilizată în industria produselor lactate pentru a elimina peroxidul de hidrogen din lapte pentru producerea de brânză. [4] O altă aplicare a acestuia se găsește în ambalajul alimentelor, unde previne oxidarea . [5] Catalaza este, de asemenea, utilizată în industria textilă, eliminarea peroxidului de hidrogen din țesături asigură faptul că materialul nu conține niciunul. O utilizare minoră este în curățarea lentilelor de contact - unele sisteme de curățare dezinfectează lentilele acestora prin scufundarea lor într-o soluție pe bază de peroxid de hidrogen. iar catalaza este utilizată pentru a descompune peroxidul înainte de a pune lentilele înapoi în ochi . În ultimul timp, catalaza a început să fie folosită și în industria cosmetică în tratamente faciale care o combină cu peroxid de hidrogen pentru a crește oxigenarea celulelor din straturile superioare ale epidermei .

Utilizare în microbiologie

reacția catalazei

Această enzimă este utilizată și în bacteriologia sistematică pentru identificarea bacteriilor . Este vorba de a pune colonia bacteriană care urmează să fie studiată în contact cu peroxidul de hidrogen (10 volume). O efervescență semnalează prezența unei catalaze.

Majoritatea bacteriilor gram negative posedă catalază (catalază +). Căutarea catalazei în gram pozitive permite diferențierea stafilococilor și micrococilor (catalază +) de enterococi (catalază -)

Exemple:

Gram + catalază + bacterii:

Gram bacterii + catalază -:

Tehnică

  • Pe o lamă, puneți o picătură de H 2 O 2 , apoi puneți-o în contact cu o colonie izolată, luată direct cu o pipetă pasteur echipată cu un buton, cu o buclă de plastic sterilă sau cu oseringă de plastic de unică folosință (fără ac deoarece metalul și prin urmare s-ar oxida ).
  • Dacă apar bule, bacteria are catalază.
  • Dacă nu se observă nimic, bacteria nu conține enzima .

Notă: Nu utilizați bucle de platină deoarece reacționează cu H 2 O 2 dând un fals pozitiv.

Notă

  1. ^ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P, Peroxisomes, în Molecular Biology of the Cell , Ediția a 4-a, Garland, 2002, (prin NCBI Bookshelf) ISBN 0815332181 .
  2. ^ ( EN ) 1.11.1.7 , în ExplorEnz - Enzyme Database , IUBMB .
  3. ^(EN) Fraaije MW, Roubroeks HP, Hagen WR, Van Berkel WJ. Purificarea și caracterizarea unei catalază-peroxidază intracelulară din Penicillium simplicissimum. Eur. J. Biochem. 235 (1996) 192-8 ([ PMID 8631329 ])
  4. ^ Producerea catalazei prin ciuperci în creștere la pH scăzut și temperatură ridicată. K. Isobe și colab. Entrez PubMed. Adus 12-02-2007.
  5. ^ Gene superoxid dismutaza catalazei și sunt transcripțional-reglată asupra stresului oxidativ în archaeon strict anaerobe Methanosarcina barkeri Filed 06 octombrie 2006 în Internet Archive .. Andrei Brioukhanov, Alexander Netrusov, și Rik Eggen. Societatea pentru Microbiologie Generală. Adus 12-02-2007.
  6. ^ ( EN ) http://www.genome.ad.jp/dbget-bin/show_pathway?map05030+1.11.1.6 Rolul catalazei în ALS

Bibliografie

  • Herbert, D. și Pinsent, J. Catalază bacteriană cristalină. Biochimie. J. 43 (1948) 193-202.
  • Herbert, D. și Pinsent, J. Catalază eritrocitară umană cristalină. Biochimie. J. 43 (1948) 203-205.
  • Keilin, D. și Hartree, EF Oxidarea cuplată a alcoolului. Proc. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 119 (1936) 141-159.
  • Kono Y, Fridovich I. Izolarea și caracterizarea pseudocatalazei Lactobacillus plantarum. J. Biol. Chem. 258 (1983) 6015-9 Entrez PubMed 6853475 .
  • Nicholls, P. și Schonbaum, GR Catalases . În: Boyer, PD, Lardy, H. și Myrback, K. (Eds.), The Enzymes, ediția a II-a, Vol. 8, Academic Press, New York, 1963, p. 147-225.
  • Sumner, JB și Dounce, AL Catalază cristalină. J. Biol. Chem. 121 (1937) 417-424.
  • Fraaije, MW, Roubroeks, HP, van Berkel, WHJ Purificarea și caracterizarea unei catalază-peroxidază intracelulară din Penicillium simplicissimum. Eur. J. Biochem. 235 (1996) 192–198. Entrez PubMed 8631329 .

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 31489 · LCCN (EN) sh85020809 · BNF (FR) cb14535812m (data)