The katalaasi ensüüm on üks kõige tõhusamaid teadaolevaid ensüüme, kuna iga ensüüm suudab sekundis läbi viia ligi 800 000 katalüütilist sündmust. Katalaasi põhifunktsioon on rakkude kaitsmine vesinikperoksiidi (H2O2) molekulid muundades need hapnikuks (O2) ja vesi (H2O). H2O2 võib kahjustada DNA-d.
Katalaas moodustub neljast üksikust osast ehk monomeerist, mis mähivad hantlikujuliseks ensüümiks. Igal monomeeril on katalüütiline keskus, mis sisaldab heemmolekuli, mis seob hapnikku. Iga monomeer seob ka NADPH molekuli, mis kaitseb ensüümi ennast H kahjustava mõju eest2O2.
Katalaas toimib kõige paremini pH tasemel 7 ja seda on väga palju peroksisoomides, mis on raku sees olevad kotid, mis lagundavad mürgiseid molekule.
Kataaside struktuur: kõik neli ühte ja üks kõigi jaoks
Katalaas on neljaosaline ensüüm ehk tetrameer. Neli monomeeri mähivad üksteise ümber, moodustades hantlikujulise ensüümi. Igal monomeeril on neli domeeni või osi sarnaseid kehaosi, mis teevad erinevaid asju.
Teine domeen on see, mis sisaldab heemi rühma. Kolmas domeen on tuntud mähkimisdomeenina, kus neli monomeeri ümbritsevad üksteist tetrameeri moodustamiseks.
Paljud soolasillad või ioonsed vastasmõjud positiivsete ja negatiivselt laetud aminohapete külgahelate vahel hoidke nelja monomeeri koos. Monomeerid põimivad üksteise ümber, muutes tetrameeri ensüümi väga stabiilseks.
See kannab tööriistu
Iga katalaasitetrameeri monomeer sisaldab ühte heemirühma. Heemrühmad on kettakujulised molekulid, mille keskel on rauaatom, mis seob hapnikku. Heem on maetud iga monomeeri katalüütilise domeeni keskele. Iga katalaasmonomeer seob ka NADPH molekuli, kuid selle pinnal.
NADPH on olemas ensüümi kaitsmiseks H2O2 (vesinikperoksiidi) et see peab katalüüsima. An H2O2 molekulist võib saada superoksiidmolekul, mis on kaks üksteisega seotud hapniku aatomit, kusjuures ühel neist on väga reaktiivne elektron - see tähendab, et see võib suhelda teiste molekulide keemiliste sidemete elektronidega ja neid murda võlakirjad.
See on nii kiire
Hapnikuradikaalid, näiteks H2O2toodetakse tavaliste rakuprotsesside abil. Kuna need on rakule ohtlikud, tuleb need muundada healoomulisteks molekulideks.
Katalaas on üks kiiremini teadaolevaid ensüüme. Iga katalaasitetrameeri monomeer võib sekundis läbi viia ligi 200 000 katalüütilist sündmust. Kuna tetrameeril on neli monomeeri, võib iga katalaasi ensüüm teha sekundis ligi 800 000 katalüütilist sündmust.
Katalaas vajab seda efektiivsuse taset, kuna H2O2 on rakule ohtlik. Katalaasi ensüümid kogunevad rakkudes peroksisoomideks nimetatud kotikestesse. Peroksisoomid on vesiikulid, mis lagundavad rakule toksilisi molekule, sealhulgas hapnikuradikaale nagu H2O2.
Neutraalne pH
Teadlased on uurinud katalaasi aktiivsust pH-tasemel 7,4 ja temperatuuril 25 kraadi (77 kraadi Fahrenheiti). Optimaalne pH katalaasireaktsiooni jaoks on umbes 7, nii et üks viis, kuidas teadlased katasis aktiivsuse katseklaasis peatavad, on pH muutmine tugeva happe või tugeva aluse lisamisega.
Rakus akumuleerub katalaas peroksisoomides, mille pH erinevates rakkudes on erinev. Ajakiri “IUBMB Life” teatas, et peroksisoomide pH on vahemikus 5,8–6,0, 6,9–7,1 ja 8,2.
Seega võivad erinevad peroksisoomid sisaldada erinevat kogust katalaasi või võivad katalaasi sisse või välja lülitada sõltuvalt sellest, kuidas nad oma sisemist pH-taset reguleerivad.