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L'enzima catalasi è uno degli enzimi più efficienti conosciuti, poiché ogni enzima può eseguire quasi 800.000 eventi catalitici al secondo. La funzione chiave della catalasi è proteggere le cellule dal perossido di idrogeno (H2O2) molecole convertendole in ossigeno (O2) e acqua (H2O). H2O2 può danneggiare il DNA.
La catalasi è formata da quattro parti singole, o monomeri, che si avvolgono in un enzima a forma di manubrio. Ogni monomero ha un centro catalitico che contiene una molecola di eme, che lega l'ossigeno. Ogni monomero lega anche una molecola di NADPH, che protegge l'enzima stesso dagli effetti dannosi di H2O2.
La catalasi funziona meglio a un pH di 7, ed è altamente abbondante nei perossisomi, che sono i sacchetti all'interno di una cellula che distruggono le molecole tossiche.
Catalase Structure: All Four One e One for All
La catalasi è un enzima in quattro parti o un tetramero. Quattro monomeri si avvolgono l'uno attorno all'altro per formare un enzima a forma di manubrio. Ogni monomero ha quattro domini o parti - come parti del corpo che fanno cose diverse.
Il secondo dominio è quello che contiene il gruppo eme. Il terzo dominio è noto come dominio di avvolgimento, in cui i quattro monomeri si avvolgono l'uno attorno all'altro per formare un tetramero.
Molti ponti salini, o interazioni ioniche tra catene laterali di aminoacidi caricati positivamente e negativamente, tengono insieme i quattro monomeri. I monomeri si intrecciano l'un l'altro, rendendo l'enzima tetramero molto stabile.
Porta strumenti
Ogni monomero del tetramero di catalasi contiene un gruppo eme. I gruppi di eme sono molecole a forma di disco che hanno un atomo di ferro al centro, che lega l'ossigeno. L'eme è sepolto nel mezzo del dominio catalitico di ciascun monomero. Ogni monomero catalasi lega anche una molecola NADPH, ma alla sua superficie.
Il NADPH è lì per proteggere l'enzima dall'H2O2 (perossido di idrogeno) che deve catalizzare. An H.2O2 la molecola può diventare una molecola di superossido, che è due atomi di ossigeno legati l'uno all'altro, con uno di essi che ha un elettrone in più altamente reattivo, il che significa che può interagire con gli elettroni nei legami chimici su altre molecole e spezzarli.
È così veloce
Radicali dell'ossigeno, come H2O2, sono prodotti da normali processi cellulari. Poiché sono pericolosi per la cellula, devono essere convertiti in molecole benigne.
La catalasi è uno degli enzimi più veloci conosciuti. Ogni monomero nel tetramero di catalasi può eseguire quasi 200.000 eventi catalitici al secondo. Poiché un tetramero ha quattro monomeri, ciascun enzima catalasi può fare quasi 800.000 eventi catalitici al secondo.
Catalase ha bisogno di questo livello di efficienza perché H2O2 è pericoloso per la cellula. Gli enzimi catalasi si accumulano in sacchetti chiamati perossisomi all'interno di una cellula. I perossisomi sono vescicole che degradano le molecole tossiche per la cellula, compresi i radicali dell'ossigeno come H2O2.
PH neutro
I ricercatori hanno studiato l'attività della catalasi a un pH di 7,4 e a 25 gradi Celsius (77 gradi Fahrenheit). Il pH ottimale per la reazione della catalasi è di circa 7, quindi un modo in cui i ricercatori fermano l'attività della catalasi in una provetta è di cambiare il pH aggiungendo un acido forte o una base forte.
All'interno della cellula, la catalasi si accumula nei perossisomi, che hanno pH variabili se misurati in cellule diverse. La rivista "IUBMB Life" riportava che i perossisomi avevano un pH compreso tra 5,8-6,0, 6,9-7,1 e 8,2.
Pertanto, diversi perossisomi possono contenere diverse quantità di catalasi o possono accendere o spegnere la catalasi a seconda di come regolano il loro livello di pH interno.