Wasserstoffperoxid ist das Nebenprodukt zahlreicher biologischer Prozesse, und um dieses Molekül abzubauen, verwendet der Körper ein Enzym namens Katalase. Wie bei den meisten Enzymen ist die Aktivität der Katalase stark temperaturabhängig. Katalase ist bei einer optimalen Temperatur am effektivsten, wobei eine weniger als optimale Katalyse bei höheren oder kälteren Temperaturen stattfindet.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Katalase funktioniert am besten bei etwa 37 Grad Celsius – wenn die Temperatur wärmer oder kühler wird, nimmt ihre Funktionsfähigkeit ab.
Was Katalase bewirkt
Wasserstoffperoxid ist für die meisten lebenden Organismen giftig. Viele Organismen können es jedoch durch den Einsatz von Katalase in weniger reaktive Produkte zerlegen. Ein Molekül Katalase-Enzym ist in der Lage, in 1 Sekunde 40 Millionen Moleküle Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff zu zerlegen. Diese Reaktion kann in einer Gewebeprobe beobachtet werden, die Katalase und die Zugabe von Wasserstoffperoxid enthält. Das Ergebnis der Reaktion kann als Bildung von Sauerstoffblasen angesehen werden.
Struktur und molekularer Mechanismus
Das Katalase-Enzym besteht aus vier Polypeptidketten, wobei jede Kette mehr als 500 Aminosäuren enthält. Die vier eisenhaltigen Gruppen der Katalase ermöglichen es ihr, mit Wasserstoffperoxidmolekülen zu interagieren. Wenn Wasserstoffperoxid in das aktive Zentrum des Katalase-Enzyms eintritt, interagiert es mit zwei Aminosäuren, wodurch ein Proton zwischen den Sauerstoffatomen übertragen wird. Dadurch entsteht ein neues Wassermolekül, und das freigesetzte Sauerstoffatom reagiert dann mit einem anderen Wasserstoffperoxidmolekül zu Wasser und einem Sauerstoffmolekül.
Auswirkungen der Temperatur
Die Wirkung von Katalase wird wie die aller Enzyme von der Umgebungstemperatur beeinflusst. Die Temperatur beeinflusst sowohl die Struktur der Katalase selbst als auch die Wasserstoffbrückenbindungen, die sie spalten soll. Wenn die Temperatur in Richtung des optimalen Punktes ansteigt, lösen sich Wasserstoffbrückenbindungen, was es der Katalase erleichtert, auf Wasserstoffperoxidmoleküle einzuwirken. Steigt die Temperatur über das Optimum hinaus, denaturiert das Enzym und seine Struktur wird zerstört. Beim Menschen liegt die optimale Temperatur für Katalase bei 37 Grad Celsius.
Rolle in lebenden Organismen
Obwohl ihre Fähigkeit, ein toxisches Molekül wie Wasserstoffperoxid abzubauen, Katalase so erscheinen lässt, ein unverzichtbares Gut sein, haben Mäuse, die ohne Katalase entwickelt wurden, eine normale körperliche Aussehen. Einige Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Mangel an Katalase zur Entwicklung von Typ-2-Diabetes führen kann. Es scheint, dass einige andere Moleküle in lebenden Organismen in der Lage sind, Wasserstoffperoxid ausreichend abzubauen – genug, um das Leben zu erhalten. Die toxische Natur von Wasserstoffperoxid macht es auch zu einem starken Desinfektionsmittel.