카탈라아제는 자연계에 널리 분포 : (H2O2의 산화 환원 효소 H2O2)를 산화 환원 효소이다. 그것은 다양한 조직과 세포 유형에서 과산화수소가 분자 산소와 물로 "분해"반응하는 것을 촉매합니다.
이 유형의 효소에 대한 최초의 관찰은 1810 년대 초로 거슬러 올라갑니다. 그러나 Loew는 사실상 모든 기존 생물체와 여러 다른 세포 유형에 카탈라아제가 존재한다는 것을 1901 년에 인식했습니다.
효소 Catalase의 분자 구조 (출처 : Vossman via Wikimedia Commons)
세포 무결성 유지 및 과산화수소 대사의 주요 조절자인이 효소는 자연에 특정 기질에 작용하는 효소가 있음을 확인할 수있는 기본 요소였습니다.
포유류와 다른 유기체는 과산화수소를 사용하여 다른 기질의 산화 환원 반응을 촉매하는 과산화 효소로도 행동 할 수있는 카탈라제 효소를 가지고 있습니다.
대부분의 진핵 생물에서 카탈라아제 효소는 "퍼 옥시 좀"으로 알려진 세포 내 세포 기관에서 주로 발견되며, 인간에게는이 효소의 결핍과 관련된 수많은 병리학 적 상태가 있습니다.
형질
카탈라아제와 같은 효소의 활성은 고려되는 조직 유형에 따라 상당히 다를 수 있습니다. 예를 들어 포유류에서 카탈라아제 활성은 신장과 간 모두에서 중요하며 결합 조직에서는 훨씬 낮습니다.
따라서 포유류의 카탈라아제는 주로 호기성 대사를 나타내는 모든 조직과 관련이 있습니다.
포유류는 미토콘드리아와 퍼 옥시 좀 모두에 카탈라아제를 가지고 있으며, 두 구획 모두 세포막과 관련된 효소입니다. 반대로 적혈구에서 카탈라아제 활성은 용해성 효소와 관련이 있습니다 (적혈구에는 내부 세포 기관이 거의 없음을 기억하십시오).
카탈라아제는 회전율이 높거나 촉매 상수 (매우 빠르고 효율적 임)를 가진 효소이며 촉매하는 일반적인 반응은 다음과 같습니다.
2H2O2 → 2H2O + O2
예를 들어, 저농도의 과산화수소가있는 경우, 포유류 카탈라아제는 산화 효소처럼 행동합니다. 대신 분자 산소 (O2)를 사용하여 아미노산 트립토판의 전구체 인 인돌 및 β- 페닐 에틸 아민과 같은 분자를 산화시킵니다. 각각 신경 전달 물질.
카탈라아제 활성의 일부 경쟁적 억제제, 특히 아 지드 화 나트륨 및 3- 아미노 트리아 졸이 현재 알려져있다. 음이온 형태의 Azide는 헴 그룹을 가진 다른 단백질의 강력한 억제제이며 다양한 조건에서 미생물의 성장을 제거하거나 예방하는 데 사용됩니다.
구조
인간의 경우 카탈라아제는 12 개의 인트론과 13 개의 엑손을 갖고 526 개의 아미노산 단백질을 암호화하는 34kb 유전자에 의해 암호화됩니다.
연구 된 대부분의 카탈라아제는 분자량이 240kDa (각 서브 유닛 당 60kDa)에 가까운 4 량체 효소이며 각 모노머는 보철 헤민 또는 페로 프로토 포르피린 그룹과 연관되어 있습니다.
그 구조는 알파 나선과 베타 접힌 시트에 의해 형성된 2 차 구조로 구성된 4 개의 도메인으로 구성되어 있으며, 인간과 소의 간 효소에 대한 연구에서 이러한 단백질이 4 개의 NADPH 분자에 결합되어 있음이 밝혀졌습니다.
이러한 NADPH 분자는 카탈라아제의 효소 활성 (과산화수소로부터 물과 산소 생성)에 필수적인 것으로 보이지는 않지만,이 효소의 고농도 농도에 대한 감수성을 감소시키는 것과 관련이있는 것 같습니다. 독성 기질.
인간 카탈라아제의 각 서브 유닛의 도메인은 다음과 같습니다.
-4 차 구조의 안정화 기능을하는 비 구형 확장 N- 말단 암
-헴 그룹에 측면 결합 잔기의 일부를 기여하는 8 개의 반 평행 β- 접힌 시트의 β- 배럴
-헴 그룹을 포함한 외부 도메인을 둘러싸는 "봉투"도메인
-알파 나선 구조를 가진 도메인
이 4 개의 도메인을 가진 4 개의 서브 유닛은 효소 (히스티딘, 아스파라긴, 글루타민 및 아스파르트 산과 같은 아미노산을 사용하여 그것).
풍모
일부 저자에 따르면 카탈라아제는 두 가지 효소 기능을 수행합니다.
-과산화수소가 물과 분자 산소로 분해됩니다 (특정 과산화 효소로서).
-1 몰의 과산화수소 (비특이적 과산화 효소로서)를 사용하여 메탄올, 에탄올, 많은 페놀 및 포름산과 같은 양성자 공여체의 산화.
-적혈구에서 다량의 카탈라아제는 과산화수소, 아스코르브 산, 메틸 히드라진 등과 같은 산화제에 대한 헤모글로빈 보호에 중요한 역할을하는 것으로 보입니다.
이 세포에 존재하는 효소는 고농도의 과산화수소에 대해 카탈라아제 활성이 거의없는 다른 조직을 방어하는 역할을합니다.
-폭격 수 딱정벌레와 같은 일부 곤충은 과산화수소를 분해하고이 반응의 기체 산소 생성물을 사용하여 증기 형태의 물 및 기타 화합물의 방출을 촉진하기 때문에 카탈라아제를 방어 메커니즘으로 사용합니다.
-식물에서 카탈라아제 (페 록시 좀에도 존재)는 광호흡 메커니즘의 구성 요소 중 하나이며,이 동안 RuBisCO 효소에 의해 생성 된 포스 포 글리콜 레이트가 3- 포스 포 글리세 레이트 생성에 사용됩니다.
인간의 관련 병리
카탈라아제 기질의 주요 생산 원인 과산화수소는 옥시다아제 효소, 활성 산소 종 및 일부 종양 세포에 의해 촉매되는 반응입니다.
이 화합물은 염증 과정, 접착 분자의 발현, 세포 자멸사, 혈소판 응집 조절 및 세포 증식 조절에 관여합니다.
이 효소가 결핍되면 고농도의 기질이 생성되어 세포막의 병변, 미토콘드리아, 호모시스테인 대사 및 DNA의 전자 수송 결함을 유발합니다.
인간 카탈라아제를 코딩하는 유전자의 돌연변이와 관련된 질병은 다음과 같습니다.
-멜리 투스 당뇨병
-동맥 고혈압
-알츠하이머
-백반증 및 기타
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