Каталаза – изключителен ензим

Човешкото тяло съдържа множество впечатляващи белтъчни съединения, известни като ензими. Те изпълняват широк спектър от функции, които са от съществено значение за нормалното функциониране на организма. Без тях нашето тяло не би могло да работи правилно. Един такъв ензим е каталаза, която е основният обект на днешната статия. Какви са нейните функции и какви методи се използват за измерване на нейната активност?

Функции на каталаза

Ензимът каталаза играе водеща роля в контрола на концентрацията на H₂O₂ и други токсични кислородни производни, които се образуват в множество метаболитни процеси. Освен това тя защитава хемоглобина, като премахва повече от половината от водородния пероксид, генериран в човешките еритроцити, които са изложени на високи концентрации на кислород. Този ензим се среща главно в черния дроб.

Функции на каталазаГрафиката показва белтъчен модел на ензима
Графиката показва белтъчен модел на ензима

Реакция, катализирана от каталаза

По време на ензимната реакция, водеща до отстраняване на водородния пероксид, ензимът първоначално се окислява до хипервалентен железен интермедиер, известен като съединение I (Compound I, Cpd I), който след това се редуцира обратно до своето изходно (покойно) състояние от втора молекула H₂O₂.

Първата реакция се характеризира с окисляване на хемопротеина от една единствена молекула H₂O₂, което води до образуването на Cpd I.

След като се образува, Cpd I бързо реагира с втора молекула H₂O₂ и в резултат се получават H₂O и O₂ в двуелектронен окислително-редукционен процес. Тази реакция е особено ефективна при някои каталазни ензими в сравнение с други хемопротеини, като например миоглобин.

Видове каталази

  • Типични каталази – най-голямата група сред каталазите, срещащи се в аеробни организми. Те могат да бъдат разделени на три класа: първият клас включва ензими, открити в бактерии, водорасли и растения; вторият клас включва ензими, открити в бактерии и гъби;третият клас включва ензими, открити в архебактерии, гъби, протисти, растения и животни.
  • Каталаза-пероксидази – срещат се в гъби, архебактерии и бактерии. Тяхната каталазна активност (разграждането на водородния пероксид) е по-слабо ефективна в сравнение с типичните каталази, но каталаза-пероксидазите проявяват по-висок афинитет към своя субстрат H₂O₂.
  • Манганови каталази – срещат се изключително в бактерии. Реакцията протича по различен начин в сравнение с други каталази, тъй като вместо желязо се използва манган.
Видове каталазиЗаедно с отделянето на кислород може да се наблюдава образуване на характерни въздушни мехурчета.
Заедно с отделянето на кислород може да се наблюдава образуване на характерни въздушни мехурчета.

Методи за измерване на активността на каталаза

Измерването на активността на ензима каталаза служи като ценен биомаркер в клиничната диагностика, тъй като предоставя информация за нивото на оксидативен стрес, механизмите на антиоксидантна защита и различни патологични състояния. Методите за измерване на активността на каталаза включват:

  • Спектрофотометрични методи – измерват активността въз основа на ензимното разграждане на водородния пероксид, което води до промени в абсорбцията, наблюдавани при различни дължини на вълната.

  • Амперометрични методи – измерват активността въз основа на електрохимичното откриване на кислорода, който е продукт от разграждането на водородния пероксид.

  • Имунологични методи – измерват активността чрез откриване на специфични за каталазата антитела или чрез анализ на антиген–антитяло реакции в пробите.

Източници

  1. https://zdravital.bg/sastavki/katalaza-catalase/
  2. https://www.puls.bg/aktsenti-c-16/katalaza-v-borbata-s-covid-19-n-39149
  3. https://nutrigen.bg/5079/%D0%BE%D1%82%D0%B1%D0%BB%D0%B8%D0%B7%D0%BE-%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D1%8A%D1%82-%D0%BA%D0%B0%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B0%D0%B7%D0%B0/
  4. https://endo-bg.com/reaktivni-kislorodni-vidove-antioksidantna-zashtita-i-shtitovidna-zhleza/