Wat zijn de functies van koolzuuranhydrase?

Koolzuuranhydrase is een cruciaal enzym dat werkzaam is in dierlijke cellen, plantencellen en in het milieu om de kooldioxideconcentraties te stabiliseren. Zonder dit enzym zou de omzetting van kooldioxide naar bicarbonaat, en vice versa, extreem traag zijn, en dat zou bijna onmogelijk om levensprocessen uit te voeren, zoals fotosynthese in planten en mensen die kooldioxide uitademen tijdens ademhaling. Hoewel het veel nuttige functies vervult, kan het ook het menselijk lichaam beschadigen en zelfs sommige vormen van kanker veroorzaken.

Koolstofdioxide wordt geproduceerd als afvalstof bij het afbreken van suikers en vetten en bij de ademhaling, dus het moet door het lichaam naar de longen worden getransporteerd. Koolzuuranhydrase zet CO2 om in koolzuur terwijl het door bloedcellen wordt getransporteerd, voordat het weer wordt omgezet in koolstofdioxide. Omdat veel lichaamsfuncties afhankelijk zijn van een bepaalde pH, past koolzuuranhydrase de zuurgraad van de chemische omgeving aan om schade aan het lichaam te voorkomen.

Net als dierlijke cellen transporteren plantencellen koolstofdioxidegas als bicarbonaat voordat ze het weer omzetten om het te gebruiken bij fotosynthese om voeding voor de plant te genereren. Een verschil is dat plantencellen koolstofdioxide uit lucht en bodem halen in plaats van het te produceren. De structuur kan bijna volledig anders zijn, omdat het een andere aminozuursequentie heeft en een zink gebruikt metaalion, dat interageert met de zuurstofatomen, ook in een ander mechanisme dan dat van mensen en dieren. De plantaardige versie wordt gevonden in het vloeibare deel van de cel, terwijl de dierlijke versie wordt gevonden in celmitochondriën.

CO2 uit de atmosfeer wordt in de oceaan opgenomen door koolzuuranhydrase en omgezet in koolzuur, waardoor de algehele pH van de oceaan in de loop van de tijd daalt. Naarmate er meer en meer koolstofdioxide vrijkomt en vervolgens uit de atmosfeer wordt verwijderd, wordt de oceaan zuurder, wat mogelijk schadelijke gevolgen heeft voor het leven in zee. Zeealgen nemen vervolgens opgeloste bicarbonaationen op en zetten deze om in koolstofdioxide.

Hoewel het enzym in veel gevallen gunstig is, katalyseert het ook negatieve effecten op het lichaam, en een speciaal type medicijn, een koolzuuranhydraseremmer genaamd, is beschikbaar om deze activiteit tegen te gaan. Een ziekte die wordt veroorzaakt door de activiteit van dit enzym, maar niet door het enzym zelf, is glaucoom, waarbij de druk van de opbouw van zure vloeistof het gezichtsvermogen in de loop van de tijd vermindert. Sommige vormen van kanker worden ook versneld door koolzuuranhydrase, waaronder eierstok-, borst-, colon- en nierkanker.