фермент каталази є одним з найбільш ефективних відомих ферментів, оскільки кожен фермент може здійснювати майже 800 000 каталітичних подій в секунду. Ключова функція каталази - захист клітин від перекису водню (H2О2) молекули шляхом перетворення їх у кисень (O2) і води (H2О). H2О2 може пошкодити ДНК.
Каталаза утворена чотирма окремими частинами, або мономерами, які обертаються у фермент у формі гантелі. Кожен мономер має каталітичний центр, що містить молекулу гему, яка зв’язує кисень. Кожен мономер також пов'язує молекулу НАДФН, яка захищає сам фермент від згубної дії Н2О2.
Каталаза найкраще працює при рН 7 і дуже багата на пероксисоми, які є мішечками всередині клітини, які розщеплюють токсичні молекули.
Структура каталази: усі чотири - один і один - для всіх
Каталаза - це фермент із чотирьох частин, або тетрамер. Чотири мономери обертаються навколо один одного, утворюючи фермент у формі гантелі. Кожен мономер має чотири домени або частини, подібні частинам тіла, які виконують різні дії.
Другий домен - це той, що містить групу гемів. Третій домен відомий як домен обгортання, де чотири мономери обертаються навколо один одного, утворюючи тетрамер.
Багато соляних мостів, або іонні взаємодії між позитивно і негативно зарядженими бічними ланцюгами амінокислот утримуйте чотири мономери разом. Мономери плетуться навколо один одного, роблячи фермент тетрамера дуже стабільним.
Він несе інструменти
Кожен мономер тетрамера каталази містить одну гемову групу. Групи гема - це дископодібні молекули, в центрі яких є атом заліза, який зв’язує кисень. Гем закопують в середині каталітичного домену кожного мономеру. Кожен мономер каталази також пов'язує молекулу NADPH, але на своїй поверхні.
НАДФН існує для захисту ферменту від H2О2 (перекис водню) що він повинен каталізувати. H2О2 молекула може стати молекулою супероксиду, яка є двома атомами кисню, зв'язаними один з одним, причому один з них має додатковий електрон, який є високореактивним - це означає, що він може взаємодіяти з електронами в хімічних зв’язках інших молекул і розбивати їх облігації.
Це так швидко
Кисневі радикали, такі як Н2О2, виробляються звичайними клітинними процесами. Оскільки вони небезпечні для клітини, їх потрібно перетворити на доброякісні молекули.
Каталаза - один із найшвидших відомих ферментів. Кожен мономер в тетрамері каталази може здійснювати майже 200 000 каталітичних подій в секунду. Оскільки тетрамер має чотири мономери, кожен фермент каталази може здійснювати майже 800 000 каталітичних подій в секунду.
Каталазі потрібен такий рівень ефективності, оскільки H2О2 небезпечний для клітини. Ферменти каталази накопичуються в мішечках, які називаються пероксисомами, всередині клітини. Пероксисоми являють собою пухирці, які розкладають токсичні для клітини молекули, включаючи кисневі радикали, такі як Н2О2.
Нейтральний рН
Дослідники вивчали активність каталази при рН 7,4 та при 25 градусах Цельсія (77 градусів за Фаренгейтом). Оптимальний рН для реакції каталази становить близько 7, тож одним із способів зупинити активність каталази в пробірці є зміна рН шляхом додавання сильної кислоти або сильної основи.
Усередині клітини каталаза накопичується в пероксисомах, які мають різне значення рН при вимірюванні в різних клітинах. Журнал "IUBMB Life" повідомляє, що було встановлено, що рН пероксисом становить від 5,8-6,0, 6,9-7,1 та 8,2.
Таким чином, різні пероксисоми можуть містити різну кількість каталази, або можуть вмикати або вимикати каталазу залежно від того, як вони регулюють свій внутрішній рівень рН.