Carboanhydrase ist ein entscheidendes Enzym, das in tierischen Zellen, Pflanzenzellen und in der Umwelt wirkt, um die Kohlendioxidkonzentration zu stabilisieren. Ohne dieses Enzym wäre die Umwandlung von Kohlendioxid in Bicarbonat und umgekehrt extrem langsam, und es wäre Lebensprozesse wie die Photosynthese in Pflanzen und das Ausatmen von Kohlendioxid durch den Menschen sind nahezu unmöglich Atmung. Obwohl es viele nützliche Funktionen erfüllt, kann es auch den menschlichen Körper schädigen und sogar einige Krebsarten verursachen.
In Menschen
Kohlendioxid entsteht als Abfall beim Abbau von Zucker und Fetten sowie bei der Atmung und muss daher durch den Körper in die Lunge transportiert werden. Carboanhydrase wandelt CO2 beim Transport durch die Blutzellen in Kohlensäure um, bevor es wieder in Kohlendioxid umgewandelt wird. Da viele Körperfunktionen von einem bestimmten pH-Wert abhängig sind, passt die Carboanhydrase den Säuregehalt der chemischen Umgebung an, um Schäden am Körper zu vermeiden.
In Pflanzen
Wie tierische Zellen transportieren Pflanzenzellen Kohlendioxid als Bikarbonat, bevor sie es wieder umwandeln, um es in der Photosynthese zu verwenden, um Nahrung für die Pflanze zu erzeugen. Ein Unterschied besteht darin, dass Pflanzenzellen Kohlendioxid aus Luft und Boden gewinnen, anstatt es selbst zu produzieren. Die Struktur kann fast völlig unterschiedlich sein, da sie eine andere Aminosäuresequenz hat und ein Zink verwendet Metallion, das mit den Sauerstoffatomen wechselwirkt, ebenfalls in einem anderen Mechanismus als beim Menschen und Tiere. Die pflanzliche Version befindet sich im flüssigen Teil der Zelle, während die tierische Version in den Zellmitochondrien zu finden ist.
Im Ozean
Atmosphärisches CO2 wird im Ozean durch Carboanhydrase aufgenommen und in Kohlensäure umgewandelt, wodurch der Gesamt-pH-Wert des Ozeans im Laufe der Zeit sinkt. Da immer mehr Kohlendioxid freigesetzt und dann aus der Atmosphäre entfernt wird, wird der Ozean saurer, was potenziell schädliche Auswirkungen auf das Meeresleben hat. Meeresalgen nehmen dann gelöste Bicarbonat-Ionen auf und wandeln sie in Kohlendioxid um.
Stoppen der Carboanhydrase
Obwohl das Enzym in vielen Fällen von Vorteil ist, katalysiert es auch negative Auswirkungen auf den Körper und Um dieser Aktivität entgegenzuwirken, steht ein spezieller Wirkstoff, ein sogenannter Carboanhydrase-Hemmer, zur Verfügung. Eine Krankheit, die durch die Aktivität dieses Enzyms, aber nicht durch das Enzym selbst, verursacht wird, ist das Glaukom, bei dem der Druck durch die Ansammlung saurer Flüssigkeit das Sehvermögen mit der Zeit verringert. Einige Krebsarten werden auch durch Carboanhydrase beschleunigt, darunter Eierstock-, Brust-, Dickdarm- und Nierenkrebs.