Katalase ist ein Enzym, das in fast allen vorkommtlebende Organismen. Seine Hauptaufgabe besteht darin, die Zersetzung von Wasserstoffperoxid zu körperschädlichen Stoffen zu katalysieren. Katalase ist von großer Bedeutung für die lebenswichtigen Funktionen von Zellen, da sie vor der Zerstörung durch reaktive Sauerstoffspezies schützt.
Das Katalaseenzym gehört zu den Oxidoreduktasen, einer umfangreichen Klasse von Enzymen, die den Elektronentransfer von einem reduzierenden Molekül (Donor) zu einem oxidierenden Molekül (Akzeptor) katalysieren.
Optimaler pH-Wert für Katalase beim MenschenDer Körper ist ungefähr 7, die Reaktionsgeschwindigkeit ändert sich jedoch nicht signifikant mit Werten des Wasserstoffindex von 6,8 bis 7,5. Der optimale pH-Wert für andere Katalasen liegt je nach Art des Organismus zwischen 4 und 11. Die optimale Temperatur variiert ebenfalls, für eine Person sind es ungefähr 37o C.
Katalase ist eines der schnellsten Enzyme.Nur eines seiner Moleküle kann in Sekundenschnelle Millionen von Wasserstoffperoxidmolekülen in Wasser und Sauerstoff umwandeln. Enzymologisch bedeutet dies, dass das Katalaseenzym durch eine Vielzahl von Umdrehungen gekennzeichnet ist.
Catalase ist ein Tetramer von vierPolypeptidketten, von denen jede eine Länge von mehr als 500 Aminosäuren aufweist. Das Enzym enthält vier Gruppen von Porphyr-Häm, wodurch es mit reaktiven Sauerstoffspezies reagiert. Oxidiertes Häm ist eine prothetische Katalasegruppe.
Den Wissenschaftlern war die Katalase erst 1818 bekannt.Bis Louis Jacques Tenard, ein Chemiker, der Wasserstoffperoxid in lebenden Zellen entdeckte, vermutete, dass seine Zerstörung auf die Einwirkung einer zuvor unbekannten biologischen Substanz zurückzuführen war.
1900 stellte der deutsche Chemiker Oscar Lev erstmals vorDer Begriff "Katalase" bezeichnet eine mysteriöse Substanz, die Peroxide zersetzt. Es gelang ihm, die Frage zu beantworten, wo das Katalaseenzym enthalten ist. In zahlreichen Experimenten hat Oscar Leo herausgefunden, dass dieses Enzym für fast alle tierischen und pflanzlichen Organismen charakteristisch ist. In einer lebenden Zelle ist Katalase wie in vielen anderen Enzymen in Peroxisomen zu finden.
1937 gelang es erstmals, sich zu kristallisierenRinderleber-Katalase. 1938 wurde das Molekulargewicht des Enzyms bestimmt - 250 kDa. 1981 erhielten Wissenschaftler ein Bild der dreidimensionalen Struktur der Rinder-Katalase.
Obwohl Wasserstoffperoxid ein Produkt vieler normaler Stoffwechselprozesse ist, ist es für den Körper nicht ungefährlich.
Die Zersetzung von Wasserstoffperoxid in lebenden Geweben:
2 H2Über2 → 2 h2O + o2
Molekularer Mechanismus der PeroxidspaltungWasserstoff durch das Enzym Katalase wurde noch nicht genau untersucht. Es wird angenommen, dass die Reaktion in zwei Stufen abläuft - in der ersten Stufe bindet Eisen in der prothetischen Katalasegruppe an das Sauerstoffatom von Peroxid und ein Molekül Wasser wird freigesetzt. In der zweiten Stufe interagiert das oxidierte Häm mit einem anderen Wasserstoffperoxidmolekül, wodurch ein weiteres Wassermolekül und ein Sauerstoffmolekül gebildet werden.
Aufgrund dieser Einwirkung des Enzyms Katalase aufWasserstoffperoxid ist das Vorhandensein dieses Wirkstoffs in Gewebeproben leicht zu bestimmen. Hierzu genügt es, der Testprobe eine kleine Menge Wasserstoffperoxid zuzusetzen und die Reaktion zu beobachten. Das Vorhandensein eines Enzyms wird durch die Bildung von Sauerstoffblasen angezeigt. Diese Reaktion ist gut, da keine speziellen Geräte oder Werkzeuge erforderlich sind - sie kann mit bloßem Auge beobachtet werden.
Es ist erwähnenswert, dass das Ion jedes Schwermetallskann als nicht kompetitiver Katalasehemmer wirken. Darüber hinaus wirkt das bekannte Cyanid als kompetitiver Inhibitor der Katalase, wenn viel Wasserstoffperoxid im Gewebe vorhanden ist. Arsenate spielen die Rolle von Aktivatoren.
Die zersetzende Wirkung des Enzyms Katalase auf Wasserstoffperoxid hat in der Lebensmittelindustrie Anwendung gefunden - mit Hilfe dieses Enzyms wird es aus der Milch entfernt H2Über2 vor der Herstellung von Käse.Eine weitere Anwendung sind spezielle Lebensmittelverpackungen, die Produkte vor Oxidation schützen. Katalase wird auch in der Textilindustrie verwendet, um Wasserstoffperoxid aus Geweben zu entfernen.
Es wird in geringen Mengen in verwendetKontaktlinsen-Hygiene. Einige Desinfektionsmittel enthalten Wasserstoffperoxid, und Katalase wird verwendet, um diese Komponente vor der Wiederverwendung von Linsen zu zersetzen.
Katalaseenzymaktivität abhängig vom AlterOrganismus. In jungen Geweben ist die Enzymaktivität signifikant höher als in alten. Mit zunehmendem Alter nimmt die Katalaseaktivität sowohl beim Menschen als auch beim Tier infolge der Alterung von Organen und Geweben allmählich ab.
Laut einer aktuellen Studie ist der RückgangKatalaseaktivität ist eine der möglichen Ursachen für graues Haar. Wasserstoffperoxid wird im menschlichen Körper ständig gebildet, schadet aber nicht - Katalase zersetzt es schnell. Wenn jedoch der Gehalt dieses Enzyms verringert wird, ist es offensichtlich, dass nicht alles Wasserstoffperoxid durch das Enzym katalysiert wird. So werden die Haare von innen gebleicht und natürliche Farbstoffe aufgelöst. Diese unerwartete Entdeckung wird jetzt von Forschern getestet und spielt möglicherweise eine Rolle bei der Entwicklung von Arzneimitteln, die das Ergrauen von Haaren stoppen.
