ο ένζυμο καταλάσης είναι ένα από τα πιο αποτελεσματικά γνωστά ένζυμα, καθώς κάθε ένζυμο μπορεί να εκτελέσει σχεδόν 800.000 καταλυτικά συμβάντα ανά δευτερόλεπτο. Η βασική λειτουργία καταλάσης προστατεύει τα κύτταρα από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2Ο2) μόρια μετατρέποντάς τα σε οξυγόνο (O2) και νερό (Η2Ο). Η2Ο2 μπορεί να βλάψει το DNA.
Η καταλάση σχηματίζεται από τέσσερα μεμονωμένα μέρη, ή μονομερή, που τυλίγονται σε ένα ένζυμο σε σχήμα αλτήρα. Κάθε μονομερές έχει ένα καταλυτικό κέντρο που περιέχει ένα μόριο αίμης, το οποίο δεσμεύει το οξυγόνο. Κάθε μονομερές δεσμεύει επίσης ένα μόριο NADPH, το οποίο προστατεύει το ίδιο το ένζυμο από τις βλαβερές επιδράσεις του Η2Ο2.
Η καταλάση λειτουργεί καλύτερα σε pH 7 και είναι άφθονη σε υπεροξυσώματα, τα οποία είναι οι θύλακες μέσα σε ένα κύτταρο που διασπά τοξικά μόρια.
Δομή καταλάσης: Όλα τα τέσσερα ένα και ένα για όλα
Η καταλάση είναι ένα ένζυμο τεσσάρων μερών ή ένα τετραμερές. Τέσσερα μονομερή τυλίγονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα ένζυμο σε σχήμα αλτήρα. Κάθε μονομερές έχει τέσσερις τομείς ή μέρη - όπως μέρη του σώματος που κάνουν διαφορετικά πράγματα.
Ο δεύτερος τομέας είναι αυτός που περιέχει την ομάδα heme. Ο τρίτος τομέας είναι ο γνωστός ως τομέας περιτυλίγματος, ο οποίος είναι όπου τα τέσσερα μονομερή τυλίγονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα τετραμερές.
Πολλές γέφυρες αλατιού, ή ιοντικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ θετικών και αρνητικά φορτισμένων πλευρικών αλυσίδων αμινοξέων, κρατήστε τα τέσσερα μονομερή μαζί. Τα μονομερή υφαίνουν μεταξύ τους, καθιστώντας το ένζυμο τετραμερούς πολύ σταθερό.
Μεταφέρει εργαλεία
Κάθε μονομερές του τετραμερούς καταλάσης περιέχει μία ομάδα αίμης. Οι ομάδες αίματος είναι μόρια σε σχήμα δίσκου που έχουν ένα άτομο σιδήρου στο κέντρο, το οποίο δεσμεύει το οξυγόνο. Το αίμα είναι θαμμένο στη μέση της καταλυτικής περιοχής κάθε μονομερούς. Κάθε μονομερές καταλάσης δεσμεύει επίσης ένα μόριο NADPH, αλλά στην επιφάνειά του.
Το NADPH είναι εκεί για να προστατεύσει το ένζυμο από το Η2Ο2 (υπεροξείδιο του υδρογόνου) ότι πρέπει να καταλύσει. Ένα Η2Ο2 Το μόριο μπορεί να γίνει ένα μόριο υπεροξειδίου, το οποίο είναι δύο άτομα οξυγόνου συνδεδεμένα μεταξύ τους, με ένα από αυτά να έχει ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο που είναι πολύ αντιδραστικό - που σημαίνει ότι μπορεί να αλληλεπιδράσει με τα ηλεκτρόνια σε χημικούς δεσμούς σε άλλα μόρια και να τα σπάσει δεσμούς.
Είναι τόσο γρήγορο
Ρίζες οξυγόνου, όπως Η2Ο2παράγονται με κανονικές κυτταρικές διεργασίες. Δεδομένου ότι είναι επικίνδυνα για το κύτταρο, πρέπει να μετατραπούν σε καλοήθη μόρια.
Η καταλάση είναι ένα από τα ταχύτερα γνωστά ένζυμα. Κάθε μονομερές στο τετραμερές καταλάσης μπορεί να εκτελέσει σχεδόν 200.000 καταλυτικά συμβάντα ανά δευτερόλεπτο. Εφόσον ένα τετραμερές έχει τέσσερα μονομερή, κάθε ένζυμο καταλάσης μπορεί να κάνει σχεδόν 800.000 καταλυτικά συμβάντα ανά δευτερόλεπτο.
Το Catalase χρειάζεται αυτό το επίπεδο απόδοσης επειδή το H2Ο2 είναι επικίνδυνο για το κύτταρο. Τα ένζυμα καταλάσης συσσωρεύονται σε σάκους που ονομάζονται υπεροξυσώματα μέσα σε ένα κύτταρο. Υπεροξυσώματα είναι κυστίδια που αποικοδομούν μόρια που είναι τοξικά για το κύτταρο, συμπεριλαμβανομένων ριζών οξυγόνου όπως το Η2Ο2.
Ουδέτερο pH
Οι ερευνητές έχουν μελετήσει τη δραστηριότητα της καταλάσης σε pH 7,4 και στους 25 βαθμούς Κελσίου (77 βαθμούς Φαρενάιτ). Το βέλτιστο ρΗ για την αντίδραση καταλάσης είναι περίπου 7, οπότε ένας τρόπος με τον οποίο οι ερευνητές σταματούν τη δραστηριότητα της καταλάσης σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα είναι να αλλάξουν το pH προσθέτοντας ένα ισχυρό οξύ ή ισχυρή βάση.
Μέσα στο κύτταρο, η καταλάση συσσωρεύεται σε υπεροξυσώματα, τα οποία έχουν ποικίλα ρΗ όταν μετριούνται σε διαφορετικά κύτταρα. Το περιοδικό "IUBMB Life" ανέφερε ότι τα υπεροξυσώματα βρέθηκαν να έχουν pH που κυμαίνεται από 5.8-6.0, 6.9-7.1 και 8.2.
Έτσι, διαφορετικά υπεροξώματα μπορεί να περιέχουν διαφορετικές ποσότητες καταλάσης ή μπορεί να ενεργοποιήσουν ή να απενεργοποιήσουν την καταλάση ανάλογα με το πώς ρυθμίζουν το εσωτερικό τους επίπεδο ρΗ.