כיצד הטמפרטורה משפיעה על פעילות האנזים של קטלאז?

מי חמצן הוא תוצר לוואי של תהליכים ביולוגיים רבים, וכדי לפרק מולקולה זו, הגוף משתמש באנזים הנקרא קטלאז. כמו רוב האנזימים, פעילות הקטלאז תלויה מאוד בטמפרטורה. קטלאז יעיל ביותר בטמפרטורה אופטימלית, כאשר קטליזה פחות אופטימלית מתרחשת בטמפרטורות חמות או קרות יותר.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

קטלאז מתפקד בצורה הטובה ביותר בסביבות 37 מעלות צלזיוס - ככל שהטמפרטורה מתחממת או קרירה מכך, יכולתה לתפקד תפחת.

מי חמצן רעיל לרוב האורגניזמים החיים. עם זאת, אורגניזמים רבים יכולים לפרק אותו למוצרים פחות תגובתיים באמצעות קטלאז. מולקולה אחת של אנזים קטלאז מסוגלת לפרק 40 מיליון מולקולות של מי חמצן למים וחמצן בשנייה אחת. ניתן לצפות בתגובה זו בדגימת רקמה המכילה קטלאז ותוספת מי חמצן. ניתן לראות בתוצאות התגובה היווצרות בועות חמצן.

האנזים הקטלאז מורכב מארבע שרשראות פוליפפטיד, כאשר כל שרשרת מכילה יותר מ -500 חומצות אמינו. ארבע הקבוצות המכילות ברזל של קטלאז מאפשרות לו לתקשר עם מולקולות מי חמצן. כאשר מי חמצן נכנס לאתר הפעיל של האנזים הקטלאז, הוא מתקשר עם שתי חומצות אמינו וגורם לפרוטון להעביר בין אטומי החמצן. זה יוצר מולקולת מים חדשה, ואז אטום החמצן המשוחרר ממשיך להגיב עם מולקולת מי חמצן אחרת ליצירת מים ומולקולת חמצן.

ההשפעות של קטלאז, כמו של כל האנזימים, מושפעות מהטמפרטורה שמסביב. לטמפרטורה השפעה הן על מבנה הקטלאז עצמו והן על קשרי המימן שהוא נועד לניתוק. ככל שהטמפרטורה עולה לנקודה האופטימלית, קשרי המימן מתרופפים, מה שמקל על הקטלאז לפעול על מולקולות מי חמצן. אם הטמפרטורה עולה מעבר לנקודה האופטימלית, האנזים מנטרל ומבנהו מופרע. בבני אדם הטמפרטורה האופטימלית לקטלאז היא 37 מעלות צלזיוס.

אם כי יכולתו לפרק מולקולה רעילה כמו מי חמצן עלולה לגרום לקטלאז להיראות להיות מצרך חיוני, לעכברים שתוכננו לפתח ללא קטלאז יש פיזיקה רגילה מראה חיצוני. כמה מחקרים הראו כי מחסור בקטלאז יכול להוביל להתפתחות סוכרת מסוג 2. נראה כי כמה מולקולות אחרות בתוך אורגניזמים חיים מסוגלות לפרק מספיק מי חמצן - מספיק כדי לקיים את החיים. האופי הרעיל של מי חמצן הופך אותו גם לחיטוי רב עוצמה.