إنزيم الكاتلاز موجود في جميع الكائنات الحية تقريبًا. وتتمثل وظيفتها الرئيسية في تحفيز تفاعل تحلل بيروكسيد الهيدروجين مع مواد غير ضارة بالجسم. الكاتلاز له أهمية كبيرة في حياة الخلايا ، لأنه يحميها من التدمير بفعل أنواع الأكسجين التفاعلية.
معلومات عامة
ينتمي إنزيم الكاتلاز إلى oxidoreductases ، وهي فئة واسعة من الإنزيمات التي تحفز نقل الإلكترونات من جزيء مختزل (مانح) إلى جزيء مؤكسد (متقبل).
الرقم الهيدروجيني الأمثل لعمل الكاتلاز في جسم الإنسان هو حوالي 7 ، ومع ذلك ، فإن معدل التفاعل لا يتغير بشكل كبير عند قيم الهيدروجين من 6.8 إلى 7.5. يتراوح الرقم الهيدروجيني الأمثل للكاتالازات الأخرى من 4 إلى 11 حسب نوع الكائن الحي. تختلف درجة الحرارة المثلى أيضًا ، فهي بالنسبة للشخص حوالي 37oC.
كاتالاز هو أحد أسرع الإنزيمات. جزيء واحد فقط منه قادر على تحويل ملايين جزيئات بيروكسيد الهيدروجين إلى ماء وأكسجين في غضون دقائق.اعطني ثانية. من وجهة نظر إنزيمية ، هذا يعني أن إنزيم الكاتلاز يتميز بعدد كبير من التحولات.
هيكل الانزيم
Catalase عبارة عن رباعي رباعي من أربع سلاسل متعددة الببتيد ، كل منها يزيد طولها عن 500 حمض أميني. يحتوي الإنزيم على أربع مجموعات من الهيم البورفيري ، والذي بفضله يتفاعل مع أنواع الأكسجين التفاعلية. الهيم المؤكسد هو مجموعة اصطناعية من الكاتلاز.
تاريخ الاكتشاف
لم يكن الكاتالاز معروفًا للعلماء حتى عام 1818 ، عندما اقترح لويس جاك تينارد ، الكيميائي الذي اكتشف بيروكسيد الهيدروجين في الخلايا الحية ، أن تدميره كان بسبب عمل مادة بيولوجية لم تكن معروفة من قبل.
في عام 1900 ، صاغ الكيميائي الألماني أوسكار لوف مصطلح "الكاتلاز" للإشارة إلى المادة الغامضة المتحللة للبيروكسيد. تمكن أيضًا من الإجابة على سؤال حول مكان احتواء إنزيم الكاتلاز. نتيجة للعديد من التجارب ، كشف أوسكار ليف أن هذا الإنزيم هو سمة لجميع الكائنات الحية الحيوانية والنباتية تقريبًا. في الخلية الحية ، مثل العديد من الإنزيمات الأخرى ، يوجد الكاتلاز في البيروكسيسومات.
في عام 1937 ، تمت بلورة الكاتلاز لأول مرة من كبد البقر. في عام 1938 ، تم تحديد الوزن الجزيئي للإنزيم - 250 كيلو دالتون. في عام 1981 ، صور العلماء التركيب ثلاثي الأبعاد لكتاليز الأبقار.
تحفيز بيروكسيد الهيدروجين
على الرغم من حقيقة أن بيروكسيد الهيدروجين موجودنتاج العديد من عمليات التمثيل الغذائي العادية ، فهو غير ضار للجسم.
لمنع تدمير الخلايا والأنسجة ، يجب تحويل بيروكسيد الهيدروجين بسرعة إلى مادة أخرى أقل خطورة على الجسم. يقوم إنزيم الكاتلاز بهذه المهمة بالضبط - فهو يحلل جزيء البيروكسيد إلى جزيئين من الماء وجزيء أكسجين.
تفاعل تحلل بيروكسيد الهيدروجين في الأنسجة الحية:
2 H2O2→ 2 H2O + O 2
لم يتم دراسة الآلية الجزيئية لانهيار بيروكسيد الهيدروجين بواسطة إنزيم الكاتلاز بدقة. من المفترض أن يحدث التفاعل على مرحلتين - في المرحلة الأولى ، يرتبط الحديد في المجموعة الاصطناعية من الكاتلاز بذرة الأكسجين الموجودة في البيروكسيد ، ويتم إطلاق جزيء واحد من الماء. في الخطوة الثانية ، يتفاعل الهيم المؤكسد مع جزيء آخر من بيروكسيد الهيدروجين ، مما يؤدي إلى تكوين جزيء ماء آخر وجزيء أكسجين واحد.
بسبب عمل إنزيم الكاتلاز على بيروكسيد الهيدروجين ، من السهل تحديد وجود هذه المادة الفعالة في عينات الأنسجة. للقيام بذلك ، يكفي إضافة كمية صغيرة من بيروكسيد الهيدروجين إلى عينة الاختبار ومراقبة التفاعل. يشار إلى وجود الإنزيم من خلال تكوين فقاعات الأكسجين. رد الفعل هذا جيد لأنه لا يتطلب أي معدات أو أدوات خاصة - يمكن ملاحظته بالعين المجردة.
ومن الجدير بالذكر أن الأيونيمكن لأي معدن ثقيل أن يعمل كمثبط للكتلاز غير التنافسي. بالإضافة إلى ذلك ، يتصرف السيانيد المعروف كمثبط تنافسي للكاتلاز إذا كان هناك الكثير من بيروكسيد الهيدروجين في الأنسجة. يلعب الزرنيخ دور المنشطات.
التطبيق
وجد التأثير المتحلل لإنزيم الكاتلاز على بيروكسيد الهيدروجين تطبيقًا في صناعة الأغذية - بمساعدة هذا الإنزيم ، تتم إزالة الحليب H2O 2قبل صنع الجبن. تطبيق آخر هو تغليف أغذية خاص يحمي المنتجات من الأكسدة. يستخدم الكاتالاز أيضًا في صناعة النسيج لإزالة بيروكسيد الهيدروجين من الأقمشة.
يتم استخدامه بكميات صغيرة في نظافة العدسات اللاصقة. تحتوي بعض المطهرات على بيروكسيد الهيدروجين ويستخدم الكاتلاز لتفكيك هذا المركب قبل إعادة استخدام العدسات.
نشاط
نشاط إنزيم الكاتلاز يعتمد على عمر الجسم. في الأنسجة الشابة ، يكون نشاط الإنزيم أعلى بكثير منه في الأنسجة القديمة. مع تقدم العمر ، في كل من البشر والحيوانات ، ينخفض نشاط الكاتلاز تدريجياً نتيجة شيخوخة الأعضاء والأنسجة.
وفقًا لدراسة حديثة ، يعد انخفاض نشاط الكاتلاز أحد الأسباب المحتملة لشيب الشعر. يتشكل بيروكسيد الهيدروجين باستمرار في جسم الإنسان ، لكنه لا يضر - حيث يتحلل الكاتلاز بسرعة. ولكن إذا انخفض مستوى هذا الإنزيم ، فمن الواضح أنه لا يتم تحفيز كل بيروكسيد الهيدروجين بواسطة الإنزيم. وبالتالي ، فإنه يبيض الشعر من الداخل ويذوبالأصباغ الطبيعية. يتم الآن اختبار هذا الاكتشاف غير المتوقع من قبل الباحثين وقد يلعب دورًا في تطوير الأدوية التي توقف شيب الشعر.
