انزيم الكاتالاز: السمات الأساسية

الكاتالاز هو انزيم موجود في جميع الكائنات الحية تقريبا. وظيفتها الرئيسية هي لتحفيز رد فعل التحلل من بيروكسيد الهيدروجين إلى المواد غير ضارة للجسم. الكاتالاز هو من أهمية كبيرة للنشاط الحيوي للخلايا، لأنه يحميها من الدمار بواسطة أشكال نشطة من الأوكسجين.

معلومات عامة

يشير كاتالاز الإنزيم إلى أوكسيدوردوكتاسيس - وهي فئة واسعة من الإنزيمات التي تحفز نقل الإلكترونات من جزيء الاختزال (المانح) إلى جزيء مؤكسد (متقبل).

إن الرقم الهيدروجيني الأمثل للكاتالاز في الجسم البشري هو حوالي 7، ومع ذلك، فإن معدل التفاعل لا يتغير بشكل ملحوظ في قيم الهيدروجين من 6.8 إلى 7.5. ويتراوح الرقم الهيدروجيني الأمثل للكاتالاتس الأخرى من 4 إلى 11، اعتمادا على نوع الكائن الحي. تختلف درجة الحرارة المثلى أيضا، بالنسبة للشخص هو حوالي 37 ^درجة مئوية.

الكاتالاز هي واحدة من أسرع الانزيمات. جزيء واحد فقط منه يمكن تحويل الملايين من جزيئات بيروكسيد الهيدروجين إلى الماء والأكسجين في الثانية. من وجهة نظر الأنزيمية، وهذا يعني أن انزيم الكاتالاز يتميز بعدد كبير من الثورات.

هيكل الانزيم

كاتالاس هو رباعي من أربعة سلاسل ببتيد، كل منها بطول أكثر من 500 الأحماض الأمينية. الإنزيم يحتوي على أربع مجموعات من الهيم السماقي، ويرجع ذلك إلى والذي يتفاعل مع أشكال نشطة من الأوكسجين. الهيم المؤكسد هو مجموعة اصطناعية من الكاتالاز.

تاريخ الاكتشاف

لم يعرف علماء الكاتالاز حتى عام 1818، في حين أن لويس جاك تينار، الكيميائي الذي اكتشف بيروكسيد الهيدروجين في الخلايا الحية، لم يوحي بأن تدميره يرجع إلى عمل مادة بيولوجية غير معروفة سابقا.

في عام 1900 قدم الكيميائي الألماني أوسكار ليف لأول مرة مصطلح "كاتالاز" لتعيين مادة غامضة تتحلل بيروكسيدات. كما تمكن من الإجابة على السؤال، حيث يتم احتواء كتاز الإنزيم. نتيجة لتجارب عديدة، وجد أوسكار ليف أن هذا الإنزيم هو نموذجي لجميع الحيوانات والكائنات النباتية تقريبا. في خلية حية، مثل العديد من الانزيمات الأخرى، والكاتالاز موجود في بيروكسيسوميس.

في عام 1937، تبلور الكاتالاز من كبد البقر لأول مرة. في عام 1938، تم تحديد الكتلة الجزيئية للانزيم لتكون 250 كيلو دالتون. في عام 1981، تلقى العلماء صورة من هيكل ثلاثي الأبعاد من الكاتالاز البقري.

تحفيز بيروكسيد الهيدروجين

على الرغم من أن بيروكسيد الهيدروجين هو نتاج العديد من العمليات الأيضية العادية، فإنه ليس ضارا للجسم.

لمنع تدمير الخلايا والأنسجة، يجب تحويل بيروكسيد الهيدروجين بسرعة إلى مادة أخرى أقل خطورة للجسم. ومن خلال هذه المهمة التي يديرها انزيم الكاتالاز - تتحلل جزيء البيروكسيد إلى جزيئين من الماء وجزيء الأكسجين.

رد فعل تحلل بيروكسيد الهيدروجين في الأنسجة الحية:

2 H ₂ O ₂ → 2 H ₂ O + O ₂

لم يتم بعد دراسة الآلية الجزيئية للانكسار بيروكسيد الهيدروجين من قبل الكاتالاز الانزيم بالضبط. ومن المفترض أن التفاعل يحدث على مرحلتين - في المرحلة الأولى، الحديد في المجموعة الاصطناعية من الكاتالاز يربط ذرة الأكسجين من بيروكسيد، في حين يتم الافراج عن جزيء واحد من الماء. في المرحلة الثانية، يتفاعل الهيم المؤكسد مع جزيء آخر من بيروكسيد الهيدروجين، مما يؤدي إلى تشكيل جزيء آخر من الماء وجزيء واحد من الأوكسجين.

بسبب هذا الإجراء من الكاتالاز الانزيم على بيروكسيد الهيدروجين، وجود هذه المادة الفعالة في عينات الأنسجة من السهل تحديد. للقيام بذلك، فقط إضافة كمية صغيرة من بيروكسيد الهيدروجين لعينة الاختبار ومراقبة رد فعل. ويشير وجود انزيم من خلال تشكيل فقاعات الأكسجين. هذا التفاعل جيد لأنه لا يتطلب أي معدات أو أدوات خاصة - يمكن ملاحظته بالعين المجردة.

ومن الجدير بالذكر أن أيون من أي معدن ثقيل يمكن أن يكون بمثابة المانع غير التنافسية للكاتالاز. وبالإضافة إلى ذلك، كل سيانيد المعروفة يتصرف كمثبط كاتالاز تنافسية، إذا كان هناك الكثير من بيروكسيد الهيدروجين في الأنسجة. تلعب أرسيناتس دور المنشطات.

تطبيق

وقد وجد الأثر المدمر للكاتالاز الانزيم على بيروكسيد الهيدروجين التطبيق في صناعة الأغذية - هذا الإنزيم يزيل من الحليب H ₂ O ₂ حتى يتم طهي الجبن. تطبيق آخر هو تغليف المواد الغذائية الخاصة، والتي تحمي المنتجات من الأكسدة. كاتالاس يستخدم أيضا في صناعة الغزل والنسيج لإزالة بيروكسيد الهيدروجين من الأنسجة.

يتم استخدامه بكميات صغيرة في النظافة من العدسات اللاصقة. بعض المطهرات لها بيروكسيد الهيدروجين في تكوين، ويستخدم الكاتالاز لتقسيم هذا المكون قبل إعادة استخدام العدسات.

نشاط

نشاط انزيم الكاتالاز يعتمد على عمر الكائن الحي. في الأنسجة الشابة، ونشاط الانزيم هو أعلى بكثير مما كانت عليه في القديم. مع التقدم في السن، سواء في البشر أو في الحيوانات، ينخفض نشاط الكاتالاز تدريجيا نتيجة لشيخوخة الأعضاء والأنسجة.

وفقا لدراسة حديثة، وانخفاض في نشاط الكاتالاز هي واحدة من الأسباب المحتملة لتساقط الشعر. يتم تشكيل بيروكسيد الهيدروجين باستمرار في جسم الإنسان، ولكن لا يضر - الكاتالاز تتحلل بسرعة. ولكن إذا تم خفض مستوى هذا الإنزيم، فمن الواضح أن ليس كل بيروكسيد الهيدروجين يحفزها الانزيم. وهكذا، فإنه يلون الشعر من الداخل، حل الأصباغ الطبيعية. ويجري حاليا اختبار هذا الاكتشاف غير المتوقع من قبل الباحثين، وربما، سوف تلعب دورا في تطوير العقاقير التي توقف الرمادي الشعر.