เอนไซม์คาตาเลส เป็นหนึ่งในเอ็นไซม์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดที่ทราบกันดีอยู่แล้ว เนื่องจากแต่ละเอ็นไซม์สามารถทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาได้เกือบ 800,000 เหตุการณ์ต่อวินาที หน้าที่หลักของ catalase คือการปกป้องเซลล์จากไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2โอ2) โมเลกุลโดยแปลงให้เป็นออกซิเจน (O2) และน้ำ (H2อ.) โฮ2โอ2 สามารถทำลาย DNA ได้
คาตาเลสประกอบด้วยสี่ส่วนหรือโมโนเมอร์ที่ห่อหุ้มเป็นเอนไซม์รูปดัมเบลล์ โมโนเมอร์แต่ละตัวมีศูนย์กลางของตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโมเลกุลของฮีมซึ่งจับกับออกซิเจน โมโนเมอร์แต่ละตัวยังจับโมเลกุลของ NADPH ซึ่งปกป้องเอ็นไซม์เองจากผลเสียหายของ H2โอ2.
คาตาเลสทำงานได้ดีที่สุดที่ pH 7 และมีเปอร์รอกซิโซมมากมาย ซึ่งเป็นถุงภายในเซลล์ที่สลายโมเลกุลที่เป็นพิษ
โครงสร้าง Catalase: All Four One และ One for All
Catalase เป็นเอนไซม์สี่ส่วนหรือ tetramer โมโนเมอร์สี่ตัวพันกันเพื่อสร้างเอนไซม์รูปดัมเบลล์ โมโนเมอร์แต่ละตัวมีสี่โดเมนหรือส่วนต่างๆ เช่น ส่วนของร่างกายที่ทำสิ่งต่างๆ ต่างกัน
โดเมนที่สองคือโดเมนที่มีกลุ่มฮีม โดเมนที่สามเรียกว่าการห่อโดเมน ซึ่งเป็นที่ที่โมโนเมอร์สี่ตัวพันรอบกันเพื่อสร้างเตตระเมอร์
สะพานเกลือหลายแห่งหรือ
ปฏิกิริยาไอออนิก ระหว่างสายด้านข้างของกรดอะมิโนที่มีประจุบวกและลบ จับโมโนเมอร์สี่ตัวไว้ด้วยกัน โมโนเมอร์สานกันทำให้เอนไซม์เตตระเมอร์มีความเสถียรมากมันพกเครื่องมือ
มอนอเมอร์แต่ละตัวของ catalase tetramer มีหมู่ heme หนึ่งกลุ่ม กลุ่ม Heme เป็นโมเลกุลรูปดิสก์ที่มีอะตอมของเหล็กอยู่ตรงกลางซึ่งจับออกซิเจน heme ถูกฝังไว้ตรงกลางโดเมนเร่งปฏิกิริยาของโมโนเมอร์แต่ละตัว โมโนเมอร์คาตาเลสแต่ละตัวยังจับโมเลกุล NADPH แต่ที่ผิวของมัน
NADPH มีหน้าที่ปกป้องเอ็นไซม์จาก โฮ2โอ2 (ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) ว่ามันจะต้องกระตุ้น An H2โอ2 โมเลกุลสามารถกลายเป็นโมเลกุลซูเปอร์ออกไซด์ซึ่งเป็นอะตอมของออกซิเจนสองอะตอมที่จับกันโดยหนึ่งในนั้นมีความพิเศษ อิเล็กตรอนที่มีปฏิกิริยาสูง - หมายความว่ามันสามารถโต้ตอบกับอิเล็กตรอนในพันธะเคมีบนโมเลกุลอื่น ๆ และทำลายสิ่งเหล่านี้ พันธบัตร
มันเร็วมาก
อนุมูลออกซิเจน เช่น H2โอ2ถูกผลิตโดยกระบวนการเซลล์ปกติ เนื่องจากเป็นอันตรายต่อเซลล์จึงต้องแปลงเป็นโมเลกุลที่ไม่เป็นพิษเป็นภัย
Catalase เป็นหนึ่งในเอนไซม์ที่เร็วที่สุดที่รู้จัก โมโนเมอร์แต่ละตัวใน catalase tetramer สามารถดำเนินการได้เกือบ 200,000 เหตุการณ์ตัวเร่งปฏิกิริยาต่อวินาที เนื่องจากเตตระเมอร์มีโมโนเมอร์สี่ตัว เอนไซม์คาตาเลสแต่ละตัวสามารถทำให้เกิดเหตุการณ์ตัวเร่งปฏิกิริยาได้เกือบ 800,000 เหตุการณ์ต่อวินาที
Catalase ต้องการประสิทธิภาพระดับนี้เพราะ H2โอ2 เป็นอันตรายต่อเซลล์ เอนไซม์คาตาเลสสะสมในถุงที่เรียกว่าเปอร์รอกซิโซมภายในเซลล์ เพอรอกซิโซม คือถุงน้ำที่ย่อยสลายโมเลกุลที่เป็นพิษต่อเซลล์ รวมทั้งอนุมูลออกซิเจน เช่น H2โอ2.
pH เป็นกลาง
นักวิจัยได้ศึกษากิจกรรมของ catalase ที่ pH 7.4 และ 25 องศาเซลเซียส (77 องศาฟาเรนไฮต์) เหมาะสมที่สุด pH สำหรับปฏิกิริยาคาตาเลส อยู่ที่ประมาณ 7 ดังนั้นวิธีหนึ่งที่นักวิจัยหยุดกิจกรรมของ catalase ในหลอดทดลองคือการเปลี่ยน pH โดยการเพิ่มกรดแก่หรือเบสแก่
ภายในเซลล์ catalase จะสะสมใน peroxisomes ซึ่งมีค่า pH แตกต่างกันเมื่อวัดในเซลล์ต่างๆ วารสาร “IUBMB Life” รายงานว่าพบว่าเปอร์รอกซิโซมมีค่า pH อยู่ในช่วง 5.8-6.0, 6.9-7.1 และ 8.2
ดังนั้น เปอร์รอกซิโซมที่แตกต่างกันอาจมีปริมาณของคาตาเลสต่างกัน หรืออาจเปิดหรือปิดคาตาเลสขึ้นอยู่กับวิธีที่พวกมันควบคุมระดับ pH ภายในของพวกมัน