The enzým kataláza je jedným z najúčinnejších známych enzýmov, pretože každý enzým môže vykonať takmer 800 000 katalytických udalostí za sekundu. Kľúčovou funkciou katalázy je ochrana buniek pred peroxidom vodíka (H2O2) molekuly ich premenou na kyslík (O2) a vodu (H2O). H2O2 môže poškodiť DNA.
Kataláza je tvorená štyrmi samostatnými časťami alebo monomérmi, ktoré sa obaľujú do enzýmu v tvare činky. Každý monomér má katalytické centrum, ktoré obsahuje molekulu hemu, ktorá viaže kyslík. Každý monomér tiež viaže molekulu NADPH, ktorá chráni samotný enzým pred škodlivými účinkami H2O2.
Kataláza funguje najlepšie pri pH 7 a je vysoko zastúpená v peroxizómoch, čo sú vrecká vo vnútri bunky, ktoré rozkladajú toxické molekuly.
Štruktúra katalázy: Všetky štyri jedna a jedna za všetky
Kataláza je štvorzložkový enzým alebo tetramér. Štyri monoméry sa ovíjajú okolo seba a vytvárajú enzým v tvare činky. Každý monomér má štyri domény alebo časti podobné telu, ktoré robia rôzne veci.
Druhá doména je tá, ktorá obsahuje hemovú skupinu. Tretia doména je známa ako ovíjajúca doména, kde sa štyri monoméry ovíjajú okolo seba a vytvárajú tetramér.
Veľa soľných mostov, príp iónové interakcie medzi pozitívne a negatívne nabitými bočnými reťazcami aminokyselín držte štyri monoméry pohromade. Monoméry sa navzájom tkajú, čo robí enzým tetramér veľmi stabilným.
Nesie náradie
Každý monomér katalázového tetraméru obsahuje jednu hemovú skupinu. Hemové skupiny sú molekuly v tvare disku, ktoré majú v strede atóm železa, ktorý viaže kyslík. Hém je zakopaný v strede katalytickej domény každého monoméru. Každý monomér katalázy tiež viaže molekulu NADPH, ale na svojom povrchu.
NADPH je tu na ochranu enzýmu pred H2O2 (peroxid vodíka) že musí katalyzovať. An H2O2 molekula sa môže stať molekulou superoxidu, čo sú dva navzájom viazané atómy kyslíka, pričom jeden z nich má navyše elektrón, ktorý je vysoko reaktívny - to znamená, že môže interagovať s elektrónmi v chemických väzbách na iných molekulách a rozbíjať ich dlhopisy.
Je to také rýchle
Kyslíkové radikály, ako napríklad H2O2, sú produkované normálnymi bunkovými procesmi. Pretože sú pre bunku nebezpečné, musia sa premeniť na benígne molekuly.
Kataláza je jedným z najrýchlejších známych enzýmov. Každý monomér v katalazovom tetraméri môže vykonať takmer 200 000 katalytických udalostí za sekundu. Pretože tetramér má štyri monoméry, každý katalázový enzým môže robiť takmer 800 000 katalytických udalostí za sekundu.
Kataláza potrebuje túto úroveň účinnosti, pretože H2O2 je pre bunku nebezpečný. Enzýmy katalázy sa hromadia v bunkách nazývaných peroxizómy. Peroxizómy sú vezikuly, ktoré degradujú molekuly toxické pre bunku, vrátane kyslíkových radikálov, ako je H2O2.
Neutrálne pH
Vedci skúmali aktivitu katalázy pri pH 7,4 a pri 25 stupňoch Celzia (77 stupňov Fahrenheita). Optimálne pH pre katalázovú reakciu je okolo 7, takže jedným zo spôsobov, ako vedci zastavia aktivitu katalázy v skúmavke, je zmena pH pridaním silnej kyseliny alebo silnej bázy.
V bunke sa kataláza hromadí v peroxizómoch, ktoré majú rozdielne pH, keď sa merajú v rôznych bunkách. V časopise „IUBMB Life“ sa uvádza, že sa zistilo, že peroxizómy majú pH v rozmedzí od 5,8 do 6,0, 6,9 až 7,1 a 8,2.
Rôzne peroxizómy teda môžu obsahovať rôzne množstvá katalázy alebo môžu katalázu zapnúť alebo vypnúť v závislosti od toho, ako regulujú svoju vnútornú hladinu pH.