Περιεχόμενο
Το ένζυμο της καταλάσης είναι ένα από τα πιο αποτελεσματικά ένζυμα που είναι γνωστά, δεδομένου ότι κάθε ένζυμο μπορεί να εκτελεί σχεδόν 800.000 καταλυτικά συμβάντα ανά δευτερόλεπτο. Η βασική λειτουργία της καταλάσης προστατεύει τα κύτταρα από το υπεροξείδιο του υδρογόνου (Η2Ο2) μόρια μετατρέποντάς τα σε οξυγόνο (Ο2) και νερό (Η2Ο). H2Ο2 μπορεί να βλάψει το DNA.
Η καταλάση σχηματίζεται από τέσσερα μεμονωμένα μέρη, ή μονομερή, που τυλίγονται σε ένζυμο μορφής αλτήρα. Κάθε μονομερές έχει ένα καταλυτικό κέντρο που περιέχει ένα μόριο αίμης, το οποίο δεσμεύει το οξυγόνο. Κάθε μονομερές δεσμεύει επίσης ένα μόριο NADPH, το οποίο προστατεύει το ίδιο το ένζυμο από τις επιζήμιες επιδράσεις του Η2Ο2.
Η καταλάση λειτουργεί καλύτερα σε pH 7 και είναι άφθονα σε υπεροξυσώματα, τα οποία είναι οι θύλακες μέσα σε ένα κύτταρο που διασπά τα τοξικά μόρια.
Δομή καταλαίας: Και οι τέσσερις και η μία για όλους
Η καταλάση είναι ένζυμο τεσσάρων μερών ή τετραμερές. Τέσσερα μονομερή τυλίγονται γύρω από το άλλο για να σχηματίσουν ένα ένζυμο σε σχήμα αλτήρα. Κάθε μονομερές έχει τέσσερις τομείς ή τμήματα - όπως μέρη του σώματος που κάνουν διαφορετικά πράγματα.
Ο δεύτερος τομέας είναι αυτός που περιέχει την ομάδα heme. Ο τρίτος τομέας είναι ο γνωστός ως ο τομέας περιτυλίξεως, ο οποίος είναι όπου τα τέσσερα μονομερή τυλίγονται ο ένας γύρω από τον άλλο για να σχηματίσουν ένα τετραμερές.
Πολλές γέφυρες άλατος ή ιονικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ θετικά και αρνητικά φορτισμένων πλευρικών αλυσίδων αμινοξέων συγκρατούν μαζί τα τέσσερα μονομερή. Τα μονομερή υφαίνονται γύρω από το άλλο, καθιστώντας το ένζυμο τετραμερούς πολύ σταθερό.
Μεταφέρει εργαλεία
Κάθε μονομερές του τετραμερούς καταλάσης περιέχει μία ομάδα αιμέ. Οι ομάδες Heme είναι μόρια δίσκου που έχουν ένα άτομο σιδήρου στο κέντρο, το οποίο δεσμεύει το οξυγόνο. Η αίμη είναι θαμμένη στη μέση της καταλυτικής περιοχής κάθε μονομερούς. Κάθε μονομερές καταλάσης δεσμεύει επίσης ένα μόριο NADPH, αλλά στην επιφάνεια του.
Το NADPH είναι εκεί για να προστατεύσει το ένζυμο από το Η2Ο2 (υπεροξείδιο του υδρογόνου) που πρέπει να καταλύει. Ένα Η2Ο2 το μόριο μπορεί να γίνει ένα μόριο υπεροξειδίου, το οποίο είναι δύο άτομα οξυγόνου συνδεδεμένα το ένα με το άλλο, με ένα από αυτά να έχει ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο που είναι ιδιαίτερα αντιδραστικό - δηλαδή μπορεί να αλληλεπιδρά με τα ηλεκτρόνια σε χημικούς δεσμούς σε άλλα μόρια και να σπάσει τους δεσμούς αυτούς.
Είναι τόσο γρήγορα
Οι ρίζες οξυγόνου, όπως το Η2Ο2, παράγονται με φυσιολογικές κυτταρικές διεργασίες. Δεδομένου ότι είναι επικίνδυνα για το κύτταρο, πρέπει να μετατραπούν σε καλοήθη μόρια.
Η καταλάση είναι ένα από τα ταχύτερα γνωστά ένζυμα. Κάθε μονομερές στο τετραμερές της καταλάσης μπορεί να εκτελεί περίπου 200.000 καταλυτικά συμβάντα ανά δευτερόλεπτο. Επειδή ένα τετραμερές έχει τέσσερα μονομερή, κάθε ένζυμο καταλάσης μπορεί να κάνει σχεδόν 800.000 καταλυτικά συμβάντα ανά δευτερόλεπτο.
Η Catalase χρειάζεται αυτό το επίπεδο αποτελεσματικότητας επειδή η H2Ο2 είναι επικίνδυνο για το κελί. Τα ένζυμα καταλάσης συσσωρεύονται σε σάκους που ονομάζονται υπεροξυσώματα μέσα σε ένα κύτταρο. Τα υπεροξυσώματα είναι κυστίδια που αποικοδομούν μόρια που είναι τοξικά για το κύτταρο, συμπεριλαμβανομένων των ριζών οξυγόνου όπως το Η2Ο2.
Ουδέτερο ρΗ
Οι ερευνητές έχουν μελετήσει τη δράση της καταλάσης σε pH 7,4 και στους 25 βαθμούς Κελσίου (77 βαθμούς Φαρενάιτ). Το βέλτιστο ρΗ για την αντίδραση της καταλάσης είναι περίπου 7, έτσι ένας τρόπος ώστε οι ερευνητές να σταματήσουν τη δραστικότητα της καταλάσης σε έναν δοκιμαστικό σωλήνα είναι να αλλάξει το ρΗ προσθέτοντας ένα ισχυρό οξύ ή ισχυρή βάση.
Εντός του κυττάρου, η καταλάση συσσωρεύεται σε υπεροξυσώματα, τα οποία έχουν μεταβαλλόμενα ρΗ όταν μετρούνται σε διαφορετικά κύτταρα. Το περιοδικό "IUBMB Life" ανέφερε ότι τα υπεροξυσώματα έχουν βρεθεί ότι έχουν ρΗ που κυμαίνονται από 5,8-6,0, 6,9-7,1 και 8,2.
Έτσι, τα διαφορετικά υπεροξυσώματα μπορεί να περιέχουν διαφορετικές ποσότητες καταλάσης, ή μπορούν να μετατρέψουν ή να καταργήσουν την καταλάση ανάλογα με το πώς ρυθμίζουν το εσωτερικό τους επίπεδο ρΗ.