Waterstofperoxide is het bijproduct van tal van biologische processen en om dit molecuul af te breken, gebruikt het lichaam een enzym dat catalase wordt genoemd. Zoals de meeste enzymen is de activiteit van katalase sterk afhankelijk van de temperatuur. Catalase is het meest effectief bij een optimale temperatuur, waarbij minder dan optimale katalyse plaatsvindt bij hogere of koudere temperaturen.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Catalase functioneert het best bij ongeveer 37 graden Celsius - naarmate de temperatuur warmer of koeler wordt, neemt het vermogen om te functioneren af.
Wat Catalase doet?
Waterstofperoxide is giftig voor de meeste levende organismen. Veel organismen kunnen het echter door het gebruik van katalase afbreken tot minder reactieve producten. Eén molecuul katalase-enzym is in staat om in 1 seconde 40 miljoen moleculen waterstofperoxide om te zetten in water en zuurstof. Deze reactie kan worden waargenomen in een weefselmonster dat katalase en de toevoeging van waterstofperoxide bevat. De resultaten van de reactie kunnen worden gezien als de vorming van zuurstofbellen.
Structuur en moleculair mechanisme
Het katalase-enzym bestaat uit vier polypeptideketens, waarbij elke keten meer dan 500 aminozuren bevat. Dankzij de vier ijzerbevattende groepen van Catalase kan het interageren met waterstofperoxidemoleculen. Als waterstofperoxide de actieve plaats van het katalase-enzym binnenkomt, interageert het met twee aminozuren, waardoor een proton wordt overgedragen tussen de zuurstofatomen. Dit vormt een nieuw watermolecuul en het vrijgekomen zuurstofatoom gaat vervolgens reageren met een ander waterstofperoxidemolecuul om water en een zuurstofmolecuul te vormen.
Effecten van temperatuur
De effecten van catalase worden, zoals die van alle enzymen, beïnvloed door de omgevingstemperatuur. Temperatuur heeft een effect op zowel de structuur van het katalase zelf als de waterstofbruggen die het moet splitsen. Naarmate de temperatuur stijgt naar het optimale punt, worden waterstofbruggen losser, waardoor het voor katalase gemakkelijker wordt om op waterstofperoxidemoleculen in te werken. Als de temperatuur boven het optimale punt stijgt, denatureert het enzym en wordt de structuur verstoord. Bij mensen is de optimale temperatuur voor katalase 37 graden Celsius.
Rol in levende organismen
Hoewel het vermogen van katalase om een toxisch molecuul zoals waterstofperoxide af te breken, de indruk kan wekken dat het een onmisbare grondstof zijn, muizen die zijn ontwikkeld om zich zonder katalase te ontwikkelen, hebben een normaal fysiek uiterlijk. Sommige onderzoeken hebben aangetoond dat een gebrek aan katalase kan leiden tot de ontwikkeling van diabetes type 2. Het lijkt erop dat sommige andere moleculen in levende organismen in staat zijn om waterstofperoxide voldoende af te breken - genoeg om het leven in stand te houden. De giftige aard van waterstofperoxide maakt het ook een krachtig ontsmettingsmiddel.