ال إنزيم الكاتلاز هو واحد من أكثر الإنزيمات كفاءة المعروفة ، حيث يمكن لكل إنزيم أداء ما يقرب من 800000 حدث تحفيزي في الثانية. وظيفة الكاتلاز الرئيسية هي حماية الخلايا من بيروكسيد الهيدروجين (H2ا2) الجزيئات عن طريق تحويلها إلى أكسجين (O2) والماء (H2س). ح2ا2 يمكن أن تدمر الحمض النووي.
يتكون الكاتلاز من أربعة أجزاء فردية ، أو مونومرات ، تلتف في إنزيم على شكل دمبل. يحتوي كل مونومر على مركز تحفيزي يحتوي على جزيء الهيم الذي يربط الأكسجين. يربط كل مونومر أيضًا جزيء NADPH ، الذي يحمي الإنزيم نفسه من التأثيرات الضارة لـ H2ا2.
يعمل الكاتالاز بشكل أفضل عند درجة حموضة 7 ، وهو متوفر بكثرة في البيروكسيسومات ، وهي أكياس داخل الخلية تعمل على تكسير الجزيئات السامة.
هيكل كاتالاز: كل أربعة واحد ، وواحد للجميع
الكاتلاز هو إنزيم مكون من أربعة أجزاء ، أو رباعي الأجزاء. تلتف أربعة مونومرات حول بعضها البعض لتشكيل إنزيم على شكل دمبل. يحتوي كل مونومر على أربعة مجالات أو أجزاء - مثل أجزاء الجسم التي تقوم بأشياء مختلفة.
المجال الثاني هو الذي يحتوي على مجموعة الهيم. المجال الثالث هو المعروف باسم مجال الالتفاف ، حيث تلتف المونومرات الأربعة حول بعضها البعض لتشكيل رباعي الأبعاد.
العديد من جسور الملح ، أو التفاعلات الأيونية بين السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية الموجبة والسالبة الشحنة ، امسك المونومرات الأربعة معًا. تنسج المونومرات حول بعضها البعض ، مما يجعل إنزيم tetramer مستقرًا للغاية.
يحمل أدوات
يحتوي كل مونومر من رباعي الكاتلاز على مجموعة هيم واحدة. مجموعات Heme عبارة عن جزيئات قرصية لها ذرة حديد في المركز ، والتي تربط الأكسجين. يتم دفن الهيم في منتصف المجال الحفزي لكل مونومر. يرتبط كل مونومر الكاتلاز أيضًا بجزيء NADPH ، ولكن على سطحه.
NADPH موجود لحماية الإنزيم من ح2ا2 (بيروكسيد الهيدروجين) أنه يجب أن يحفز. ح2ا2 يمكن أن يتحول الجزيء إلى جزيء فوق أكسيد ، وهو عبارة عن ذرتين من الأكسجين مرتبطتين ببعضهما البعض ، مع وجود ذرتين إضافيتين في إحداهما الإلكترون شديد التفاعل - بمعنى أنه يمكن أن يتفاعل مع الإلكترونات في روابط كيميائية على جزيئات أخرى ويكسرها سندات.
إنه بهذه السرعة
جذور الأكسجين ، مثل H2ا2، التي تنتجها العمليات الخلوية العادية. نظرًا لأنها تشكل خطورة على الخلية ، يجب تحويلها إلى جزيئات حميدة.
الكاتالاز هو أحد أسرع الإنزيمات المعروفة. يمكن لكل مونومر في رباعي الكاتلاز أن يؤدي ما يقرب من 200000 حدث تحفيزي في الثانية. نظرًا لأن tetramer يحتوي على أربعة مونومرات ، يمكن لكل إنزيم كاتلاز القيام بما يقرب من 800000 حدث تحفيزي في الثانية.
يحتاج Catalase إلى هذا المستوى من الكفاءة لأن H.2ا2 يشكل خطرا على الخلية. تتراكم إنزيمات الكاتلاز في أكياس تسمى بيروكسيسومات داخل الخلية. بيروكسيسومات هي حويصلات تعمل على تحلل الجزيئات السامة للخلية ، بما في ذلك جذور الأكسجين مثل H2ا2.
محايد الرقم الهيدروجيني
درس الباحثون نشاط الكاتلاز عند درجة حموضة 7.4 و 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت). الأمثل الرقم الهيدروجيني لتفاعل الكاتلاز حوالي 7 ، لذا فإن إحدى الطرق التي يوقف بها الباحثون نشاط الكاتلاز في أنبوب الاختبار هي تغيير الأس الهيدروجيني عن طريق إضافة حمض قوي أو قاعدة قوية.
داخل الخلية ، يتراكم الكاتلاز في البيروكسيسومات ، والتي لها درجات حموضة متفاوتة عند قياسها في خلايا مختلفة. ذكرت مجلة "IUBMB Life" أن البيروكسيسومات تحتوي على أس هيدروجيني يتراوح من 5.8-6.0 و 6.9-7.1 و 8.2.
وبالتالي ، قد تحتوي بيروكسيسومات مختلفة على كميات مختلفة من الكاتلاز ، أو قد تقوم بتشغيل أو إيقاف تشغيل الكاتلاز اعتمادًا على كيفية تنظيم مستوى الأس الهيدروجيني الداخلي.