المحتوى
يعد إنزيم الكاتلاز أحد أكثر الإنزيمات كفاءة ، حيث يمكن لكل إنزيم أداء ما يقرب من 800000 حدث حفاز في الثانية. وظيفة الكاتلاز الرئيسية هي حماية الخلايا من بيروكسيد الهيدروجين (H2O2) الجزيئات عن طريق تحويلها إلى الأكسجين (O2) والمياه (ح2O). هيدروجين2O2 يمكن أن تلحق الضرر الحمض النووي.
يتكون الكاتالاز من أربعة أجزاء فردية ، أو مونومرات ، تلتف في إنزيم على شكل دمبل. يحتوي كل مونومر على مركز حفاز يحتوي على جزيء الهيم الذي يربط الأكسجين. يربط كل مونومر أيضًا جزيءًا من NADPH ، والذي يحمي الإنزيم نفسه من الآثار الضارة لـ H2O2.
يعمل Catalase بشكل أفضل عند الرقم الهيدروجيني 7 ، وفيرة للغاية في البيروكسيسومات ، والتي هي الحقائب داخل الخلية التي تحطم الجزيئات السامة.
هيكل كاتالز: الأربعة الأوائل وواحد للجميع
الكاتلاز هو إنزيم مكون من أربعة أجزاء ، أو tetramer. تلتف أربعة أحاديات حول بعضها البعض لتشكيل إنزيم على شكل دمبل. كل مونومر لديه أربعة مجالات ، أو أجزاء - مثل أجزاء الجسم التي تفعل أشياء مختلفة.
المجال الثاني هو المجال الذي يحتوي على مجموعة heme. يُعرف المجال الثالث باسم مجال الالتفاف ، وهو المكان الذي يلتف فيه المونومرات الأربعة حول بعضهم البعض لتشكيل tetramer.
العديد من جسور الملح ، أو التفاعلات الأيونية بين السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية الموجبة والسالبة ، تجمع المونومرات الأربعة معًا. يحوم المونومرون حول بعضهم البعض ، مما يجعل إنزيم رباعي السطوح مستقرًا جدًا.
يحمل أدوات
كل مونومر من tetramer catalase يحتوي على مجموعة الهيم واحدة. مجموعات الهيم هي جزيئات على شكل قرص لها ذرة حديد في الوسط ، تربط الأكسجين. يتم دفن الهيم في منتصف المجال التحفيزي لكل مونومر. كل مونومر catalase يربط أيضًا جزيء NADPH ، ولكن على سطحه.
و NADPH هناك لحماية الانزيم من H2O2 (بيروكسيد الهيدروجين) أنه يجب أن يحفز. ح2O2 يمكن أن يصبح الجزيء جزيءًا فائق الأكسيد ، وهو ذرتان من الأكسجين يرتبطان ببعضهما البعض ، مع إحداهما إلكترون إضافي شديد التفاعل - وهذا يعني أنه يمكن أن يتفاعل مع الإلكترونات في روابط كيميائية على جزيئات أخرى وكسر تلك الروابط.
هذا سريع
جذور الأكسجين ، مثل H2O2، التي تنتجها العمليات الخلوية العادية. نظرًا لأنها تشكل خطورة على الخلية ، يجب تحويلها إلى جزيئات حميدة.
كاتالاز هي واحدة من أسرع الأنزيمات المعروفة. يمكن لكل مونومر في tetramer catalase القيام بحوالي 200000 حدث حفاز في الثانية. نظرًا لأن tetramer يحتوي على أربعة مونومرات ، يمكن لكل إنزيم catalase القيام بما يقرب من 800000 حدث حفاز في الثانية.
يحتاج Catalase إلى هذا المستوى من الكفاءة لأن H2O2 هو خطير على الخلية. تتراكم إنزيمات الكاتلاز في أكياس تسمى البيروكسيسومات داخل الخلية. البيروكسيسومات عبارة عن حويصلات تتحلل بالجزيئات السامة للخلية ، بما في ذلك جذور الأكسجين مثل H2O2.
درجة الحموضة محايدة
وقد درس الباحثون نشاط الكاتلاز عند درجة الحموضة 7.4 وعند 25 درجة مئوية (77 درجة فهرنهايت). يبلغ الرقم الهيدروجيني الأمثل لتفاعل الكاتالز حوالي 7 ، لذلك فإن إحدى الطرق التي يمنع الباحثون من خلالها نشاط الكاتلاز في أنبوب اختبار هو تغيير درجة الحموضة عن طريق إضافة حمض قوي أو قاعدة قوية.
داخل الخلية ، يتراكم الكاتلاز في بيروكسيسومات ، والتي لها حموضة متفاوتة عند قياسها في خلايا مختلفة. ذكرت مجلة "IUBMB Life" أن البيروكسيسومات وجد أنها تحتوي على الأس الهيدروجيني تتراوح بين 5.8-6.0 و 6.9-7.1 و 8.2.
وبالتالي ، قد تحتوي البيروكسيسومات المختلفة على كميات مختلفة من الكاتالاز ، أو قد تعمل على إيقاف أو إيقاف الكاتالاز اعتمادًا على كيفية تنظيم مستوى الأس الهيدروجيني الداخلي.