Catalaza

Cấu trúc

Catalaza của con người tạo thành một tetramer gồm bốn tiểu đơn vị, mỗi phần tử có thể được chia thành bốn miền. Cốt lõi mở rộng của mỗi tiểu đơn vị được tạo ra bởi một b-barrel tám trục song song (b1-8), với kết nối lân cận gần nhất được giới hạn bởi các vòng b-barrel ở một bên và vòng a9 trên mặt khác. Một miền helical ở một mặt của b-barrel bao gồm bốn helice C-terminal (a16, a17, a18, and a19) và bốn helice bắt nguồn từ dư lượng giữa b4 và b5 (a4, a5, a6 và a7). Cắt thay thế có thể dẫn đến các biến thể protein khác nhau.

Lịch sử

Catalaza đã không được nhận thấy cho đến năm 1818 khi Louis Jacques Thénard, người phát hiện ra H₂O₂ (hydro peroxid), cho thấy sự phân hủy của nó là do một chất không rõ. Năm 1900, Oscar Loew là người đầu tiên cho nó tên catalase, và tìm thấy nó ở nhiều loài thực vật và động vật. Năm 1937 catalaza từ gan bò được kết tinh bởi James B. Sumner và Alexander Dounce và trọng lượng phân tử được tìm thấy vào năm 1938.
Trình tự axit amin của catalaza phân họ Trâu bò được xác định vào năm 1969, và cấu trúc ba chiều vào năm 1981.

Vai trò di động

Hydro peroxid là một sản phẩm phụ có hại của nhiều quá trình trao đổi chất bình thường; để ngăn chặn thiệt hại cho các tế bào và các mô, nó phải được nhanh chóng chuyển đổi thành các chất khác, ít nguy hiểm hơn. Để kết thúc việc này, catalaza thường được sử dụng bởi các tế bào để nhanh chóng xúc tác sự phân hủy hydro peroxid thành oxy và các phân tử nước ít phản ứng.
Những con chuột được biến đổi gen để thiếu catalaza ban đầu có kiểu hình bình thường, tuy nhiên, sự thiếu hụt catalase ở chuột có thể làm tăng khả năng phát triển bệnh béo phì, gan nhiễm mỡ và bệnh tiểu đường loại 2. Một số người có mức độ catalaza rất thấp (acatalasia), nhưng vẫn có ít biểu hiện xấu.
Ứng kích oxy hóa gia tăng xảy ra với lão hóa ở chuột được giảm bớt do biểu hiện gen của catalaza. Chuột biểu hiện gen không biểu hiện khả năng liên quan đến tuổi của tinh trùng, mầm tinh hoàn và tế bào Sertoli thấy ở chuột hoang dã. Ứng kích oxy hóa ở chuột hoang dã thường gây ra tổn thương DNA oxy hóa (được đo bằng 8-oxodG) trong tinh trùng với lão hóa, nhưng những thiệt hại này được giảm đáng kể ở những con chuột già biểu hiện gen catalaza. Hơn nữa, những con chuột thể hiện gen này không làm giảm số lượng con cái phụ thuộc vào lứa tuổi trên mỗi lứa đẻ. Sự biểu hiện gen của catalaza nhắm vào ti thể kéo dài tuổi thọ của chuột.
Catalaza thường nằm trong một di động cơ quan gọi là peroxisome. Peroxisome trong thực tế bào được tham gia trong hô hấp sáng (sử dụng oxy và tạo ra cacbon dioxit) và cộng sinh cố định đạm (phá vỡ liên kết của phân tử nitơ (N₂) để tạo nguyên tử N phản ứng). Hydro peroxid được sử dụng như một chất kháng khuẩn mạnh khi các tế bào đang bị nhiễm với một mầm bệnh. Tác nhân gây bệnh dương tính với Catalaza như Mycobacterium tuberculosis, Legionella pneumophila và Campylobacter jejuni, làm cho catalaza khử hoạt tính của các gốc peroxid, do đó cho phép chúng tồn tại vô hại trong vật chủ.

Phân bố giữa các sinh vật

Phần lớn các sinh vật đã sử dụng catalaza trong mọi cơ quan, với nồng độ đặc biệt cao diễn ra ở gan ở động vật có vú. Một cách sử dụng duy nhất của catalaza diễn ra ở bọ cánh cứng Carabidae. Bọ cánh cứng này có hai bộ chất lỏng được lưu trữ riêng biệt trong hai tuyến ghép nối. Buồng lưu trữ hay bình chứa lớn của cặp chứa hydroquinone và hydro peroxide, trong khi buồng chứa nhỏ hơn chứa catalaza và peroxidase. Để kích hoạt túi phun độc, bọ cánh cứng trộn lẫn hỗn hợp của hai buồng, khiến oxy được giải phóng khỏi hydro peroxide. Oxy oxy hóa hydroquinone và cũng hoạt động như chất đẩy. Phản ứng oxy hóa tỏa nhiều nhiệt (ΔH = −202,8 kJ / mol) và làm nóng nhanh hỗn hợp đến điểm sôi.
Hầu như tất cả các vi sinh vật hiếu khí đều sử dụng catalaza. Nó cũng có mặt trong một số vi sinh vật yếm khí, chẳng hạn như Methanosarcina barkeri. Catalaza cũng phổ biến trong các loài thực vật và nhận thấy ở hầu hết các loại nấm.
Mối chúa của loài mối sống lâu dài có tên gọi là Reticulitermes speratus có tổn thương do oxy hóa ADN thấp hơn đáng kể so với các cá thể không sinh sản (mối thợ và mối lính). Mối chúa có hoạt tính catalaza cao gấp hai lần và mức độ biểu hiện gen catalaza RsCAT1 cao hơn 7 lần so với mối thợ. Nó xuất hiện khả năng chất chống oxy hóa hiệu quả của mối chúa có thể giải thích một phần làm thế nào chúng đạt được tuổi thọ lâu hơn.
Các enzym Catalaza từ các loài khác nhau có nhiệt độ tối ưu khác nhau. Động vật biến nhiệt thường có catalaza với nhiệt độ tối ưu trong khoảng 15-25 °C, trong khi catalaza của động vật có vú hay chim có thể có nhiệt độ tối ưu trên 35 °C, và catalaza từ thực vật khác nhau tùy thuộc vào khả năng sinh trưởng của chúng. Ngược lại, catalaza phân lập từ vi khuẩn cổ hyperthermophile Pyrobaculum calidifontis có nhiệt độ tối ưu là 90 °C.