Περιεχόμενο
- Λειτουργία
- Δομή
- Η σημασία της καταλάσης
- Παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της καταλάσης
- Άλλες χρήσεις της καταλάσης
Η καταλάση είναι ένα ένζυμο που βρίσκεται στα κύτταρα των ζώων, των φυτών και των αερόβιων βακτηρίων. Ένα ένζυμο είναι ένα μεγάλο μόριο, που συντίθεται σε κύτταρα και παράγεται για να δρα ως καταλύτης σε μια αντίδραση. Κάθε τύπος ενζύμου εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία και η λειτουργία της καταλάσης είναι η μετατροπή ενός δυνητικά επιβλαβούς παραπροϊόντος σε στοιχεία χρήσιμα για το κύτταρο.
Λειτουργία
Η καταλάση, όπως και τα περισσότερα ένζυμα, είναι πρωτεΐνη. Βρίσκεται στα υπεροξυσώματα, τα οποία είναι μεμβρανικά κυτταρικά οργανίδια. Η καταλάση έχει σημαντική βιολογική λειτουργία: καταλύει την διάσπαση του υπεροξειδίου του υδρογόνου, μιας ουσίας τοξικής στους οργανισμούς, στο νερό και το μοριακό οξυγόνο, τα οποία είναι τόσο αβλαβή και χρήσιμα.
Δομή
Η δομή του αλτήρα της καταλάσης περιέχει τέσσερις αλυσίδες πολυπεπτιδίων, καθένα από τα οποία περιέχει περισσότερα από 500 αμινοξέα. Η καταλάση έχει επίσης τέσσερις ομάδες αιμέ, οι οποίες κατασκευάζονται από δακτυλίους πρωτοπορφυρίνης, που περιέχουν ένα μόνο άτομο σιδήρου. Αυτοί οι δακτύλιοι στεγάζονται μέσα στις τέσσερις αλυσίδες.
Η σημασία της καταλάσης
Το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι ένα υποπροϊόν πολλών βιολογικών λειτουργιών οργανισμών. Όλοι οι αερόβιοι οργανισμοί χρησιμοποιούν οξυγόνο στην αναπνοή. Η μείωση του οξυγόνου στο νερό είναι συχνά ατελής και ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο από ένα μεταλλικό ιόν μπορεί να μεταφερθεί προκαλώντας το σχηματισμό υπεροξειδίου. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος του υπεροξειδίου του υδρογόνου δημιουργείται κατά την παραγωγή του ΑΤΡ στα μιτοχόνδρια. Αν και το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι τοξικό για τα ζωντανά κύτταρα, η αντίδραση για να το διασπάσει στο νερό και το οξυγόνο συμβαίνει γρήγορα και αποτελεσματικά. Η καταλάση είναι γνωστή ως ένα από τα πιο αποτελεσματικά ένζυμα, με κύκλο εργασιών περίπου 200.000 συμβάντων / δευτερόλεπτο / υπομονάδα. Χωρίς καταλάση για την αύξηση του ρυθμού αντιδράσεων, θα παραμείνει το υπεροξείδιο του υδρογόνου, το οποίο θα βλάψει τα κύτταρα.
Παράγοντες που επηρεάζουν την αποτελεσματικότητα της καταλάσης
Η καταλάση και ο ρυθμός δραστηριότητάς της μεταβάλλονται από διάφορους παράγοντες, όπως θερμοκρασία, pH, συγκέντρωση άλατος, ποσότητα υποστρώματος και παρουσία αναστολέων ή ενεργοποιητών. Η θερμοκρασία είναι ένας σημαντικός παράγοντας σε όλες τις βιοχημικές αντιδράσεις, καθώς η υψηλή θερμοκρασία μπορεί να προκαλέσει τη μετουσίωση των ενζύμων. Όταν το ένζυμο μετουσιωθεί, αλλάζει τη διαμόρφωσή του, προκαλώντας τη σύνδεση του υποστρώματος λιγότερο αποτελεσματικά, μειώνοντας έτσι τον ρυθμό αντίδρασης. Από την άλλη πλευρά, μέχρι να επιτευχθεί η μέγιστη θερμοκρασία (η οποία είναι διαφορετική για κάθε τύπο καταλάσης), ο ρυθμός αντίδρασης θα αυξηθεί μαζί με τη θερμοκρασία. Το ρΗ, το μέτρο της οξύτητας ή η συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου σε ένα διάλυμα, μετράται σε κλίμακα από 0 έως 14. Καθώς το διάλυμα γίνεται περισσότερο όξινο (κάτω από 7), το ένζυμο μπορεί να αποκτήσει ιόν υδρογόνου από το διάλυμα , και καθώς το διάλυμα γίνεται περισσότερο βασικό (πάνω από 7), μπορεί να χάσει ένα ιόν υδρογόνου. Καθένα από αυτά τα άκρα μπορεί να μειώσει τον ρυθμό αντίδρασης, καθώς οι χημικοί δεσμοί καταλάσης αλλάζουν. Υπάρχουν δύο τύποι αναστολέων: μη ανταγωνιστικοί αναστολείς, οι οποίοι δεσμεύονται σε μια θέση που δεν είναι η ενεργός θέση και ανταγωνιστικοί αναστολείς, οι οποίοι δεσμεύονται στην ενεργό θέση της καταλάσης. Το θειικό χαλκό είναι γνωστός μη ανταγωνιστικός αναστολέας της καταλάσης και το κυανίδιο είναι γνωστό ως ανταγωνιστικό αναστολέα. Γενικά, καθώς η ποσότητα υπεροξειδίου του υδρογόνου αυξάνεται, ο ρυθμός αντίδρασης θα αυξηθεί επίσης. Ωστόσο, οι ενζυματικές αντιδράσεις ακολουθούν την εξίσωση Michaelis-Menten, η οποία λέει ότι κάθε αντίδραση θα φτάσει σε ένα σημείο κορεσμού, πράγμα που σημαίνει ότι σε ένα μέγιστο ρυθμό αντίδρασης, η προσθήκη περισσότερου υποστρώματος δεν θα έχει πλέον αποτέλεσμα.
Άλλες χρήσεις της καταλάσης
Καθώς η καταλάση υπάρχει σχεδόν σε όλους τους ζώντες οργανισμούς, είναι ένα από τα πλέον μελετημένα ένζυμα. Αυτό οδήγησε τους επιστήμονες να βρουν άλλες λειτουργίες για αυτό το αποτελεσματικό ένζυμο. Η καταλάση χρησιμοποιείται για τη θεραπεία του εσωτερικού των πλαστικών για τη συσκευασία τροφίμων. Αποτρέπει την οξείδωση και συνεπώς συμβάλλει στη διατήρηση της τροφής. Η καταλάση χρησιμοποιείται επίσης κατά τη διάρκεια της διαδικασίας αποστείρωσης εν ψυχρώ, η οποία είναι μια διαδικασία συντήρησης γάλακτος και τυριού με επεξεργασία με υπεροξείδιο του υδρογόνου. Αυτό το ένζυμο χρησιμοποιείται για να απομακρύνει τυχόν εναπομείναντα ίχνη υπεροξειδίου του υδρογόνου.