De katalasenzym är ett av de mest effektiva enzymer som är kända, eftersom varje enzym kan utföra nästan 800 000 katalytiska händelser per sekund. Nyckelkatalasfunktionen är att skydda celler från väteperoxid (H2O2) molekyler genom att omvandla dem till syre (O2) och vatten (H2O). H2O2 kan skada DNA.
Katalas bildas av fyra individuella delar, eller monomerer, som sveper in i ett hantelformat enzym. Varje monomer har ett katalytiskt centrum som innehåller en hemmolekyl, som binder syre. Varje monomer binder också en NADPH-molekyl, som skyddar enzymet i sig från de skadliga effekterna av H2O2.
Katalas fungerar bäst vid ett pH på 7 och är mycket rikligt med peroxisomer, som är påsarna i en cell som bryter ner giftiga molekyler.
Katalasstruktur: Alla fyra och en för alla
Katalas är ett fyrdelat enzym, eller en tetramer. Fyra monomerer sveper runt varandra för att bilda ett hantelformat enzym. Varje monomer har fyra domäner, eller delar - som kroppsdelar som gör olika saker.
Den andra domänen är den som innehåller hemgruppen. Den tredje domänen är den kända som omslagsdomänen, det är där de fyra monomererna sveper runt varandra för att bilda en tetramer.
Många saltbroar, eller joniska interaktioner mellan positivt och negativt laddade aminosyrasidokedjor, håll de fyra monomererna ihop. Monomererna väver runt varandra, vilket gör tetramerenzymet mycket stabilt.
Den bär verktyg
Varje monomer av katalastetramerer innehåller en hemgrupp. Hemgrupper är skivformade molekyler som har en järnatom i centrum, som binder syre. Hemmet är begravt i mitten av den katalytiska domänen för varje monomer. Varje katalasmonomer binder också en NADPH-molekyl, men vid dess yta.
NADPH är där för att skydda enzymet från H2O2 (Väteperoxid) att det måste katalysera. En H2O2 molekyl kan bli en superoxidmolekyl, som är två syreatomer bundet till varandra, med en av dem som har en extra elektron som är mycket reaktiv - vilket betyder att den kan interagera med elektronerna i kemiska bindningar på andra molekyler och bryta dem obligationer.
Det är så snabbt
Syreradikaler, såsom H2O2, produceras genom normala cellulära processer. Eftersom de är farliga för cellen måste de omvandlas till godartade molekyler.
Katalas är ett av de snabbaste kända enzymerna. Varje monomer i katalas-tetrameren kan utföra nästan 200 000 katalytiska händelser per sekund. Eftersom en tetramer har fyra monomerer kan varje katalasenzym göra nästan 800 000 katalytiska händelser per sekund.
Catalase behöver denna effektivitetsnivå eftersom H2O2 är farligt för cellen. Katalaseenzymer ackumuleras i påsar som kallas peroxisomer i en cell. Peroxisomes är vesiklar som bryter ned molekyler som är giftiga för cellen, inklusive syreradikaler såsom H2O2.
Neutralt pH
Forskare har studerat katalasaktiviteten vid ett pH av 7,4 och vid 25 grader Celsius (77 grader Fahrenheit). Det optimala pH för katalasreaktionen är runt 7, så ett sätt att forskare stoppar katalasaktivitet i ett provrör är att ändra pH genom att tillsätta en stark syra eller stark bas.
Inom cellen ackumuleras katalas i peroxisomer, som har varierande pH när de mäts i olika celler. Tidningen "IUBMB Life" rapporterade att peroxisomer har visat sig ha pH-värden som sträcker sig från 5,8-6,0, 6,9-7,1 och 8,2.
Sålunda kan olika peroxisomer innehålla olika mängder katalas eller kan slå på eller av katalaset beroende på hur de reglerar sin inre pH-nivå.