Каталаза что это такое


Фермент каталаза: основные особенности

Каталаза – фермент, обнаруженный почти во всех живых организмах. Основная его функция – катализировать реакцию разложения перекиси водорода до безвредных для организма веществ. Каталаза имеет большое значение для жизнедеятельности клеток, так как защищает их от разрушения активными формами кислорода.

Общие сведения

Фермент каталаза относится к оксидоредуктазам – обширному классу ферментов, которые катализируют перенос электронов от молекулы-восстановителя (донора) к молекуле-окислителю (акцептору).

Оптимальный pH для работы каталазы в человеческом организме около 7, однако, скорость реакции существенно не изменяется при значениях показателя водорода от 6,8 до 7,5. Оптимальное значение рН для других каталаз колеблется от 4 до 11, в зависимости от вида организма. Оптимальная температура также различается, для человека это около 37о С.

Каталаза - один из самых быстрых ферментов. Всего одна его молекула способна превращать миллионы молекул перекиси водорода в воду и кислород за секунду. С точки зрения энзимологии это значит, что для фермента каталазы характерно большое число оборотов.

Структура фермента

Каталаза представляет собой тетрамер из четырех полипептидных цепей, каждая из которых имеет длину более 500 аминокислот. Фермент имеет в составе четыре группы порфирового гема, благодаря которым и вступает в реакцию с активными формами кислорода. Окисленный гем представляет собой простетическую группу каталазы.

Каталаза не была известна ученым до 1818 года, пока Луи Жак Тенар, химик обнаруживший в живых клетках перекись водорода, не предположил, что ее разрушение связано с действием ранее неизвестного биологического вещества.

В 1900 году немецкий химик Оскар Лев первым ввел термина «каталаза» для обозначения таинственного вещества, разлагающего перекиси. Он же сумел ответить на вопрос, где содержится фермент каталаза. В результате многочисленных экспериментов Оскар Лев выявил, что данный фермент характерен почти для всех животных и растительных организмов. В живой клетке, как и многие другие ферменты, каталаза содержится в пероксисомах.

В 1937 году впервые удалось кристаллизоваться каталазу из говяжьей печени. В 1938 году была определена молекулярная масса фермента – 250 кДа. В 1981 году ученые получили изображение трехмерной структуры бычьей каталазы.

Катализ перекиси водорода

Несмотря на то, что пероксид водорода – продукт многих нормальных метаболических процессов, для организма он не является безвредным.

Чтобы предотвратить разрушение клеток и тканей, перекись водорода должна быть быстро превращена в другое, менее опасное для организма вещество. Именно с этой задачей и справляется фермент каталаза - он разлагает молекулу перекиси до двух молекул воды и молекулы кислорода.

Реакция разложения пероксида водорода в живых тканях:

2 h3O2 → 2 h3O + O2

Молекулярный механизм расщепления перекиси водорода ферментом каталазой пока точно не изучен. Предполагается, что реакция проходит в два этапа - на первом этапе железо в составе простетической группы каталазы связывается с атомом кислорода перекиси, при этом выделяется одна молекула воды. На втором этапе окисленный гем взаимодействует с другой молекулой перекиси водорода, в результате чего образуется еще одна молекула воды и одна молекула кислорода.

Благодаря такому действию фермента каталазы на пероксид водорода, наличие этого активного вещества в образцах ткани легко определить. Для этого достаточно добавить к исследуемому образцу небольшое количество перекиси водорода и наблюдать за реакцией. О наличии фермента говорит формирование пузырьков кислорода. Эта реакция хороша тем, что не требует никакого специального оборудования или инструментов - ее можно наблюдать невооруженным глазом.

Стоит заметить, что ион любого тяжелого металла может выступать как неконкурентный ингибитор каталазы. Кроме того, всем известный цианид ведет себя как конкурентный ингибитор каталазы, если в тканях много перекиси водорода. Арсенаты играют роль активаторов.

Применение

Разлагающее действие фермента каталазы на пероксид водорода нашло применение в пищевой промышленности – с помощью этого фермента из молока удаляется Н2О2 до приготовления сыра. Еще одно применение – специальные пищевые упаковки, которые защищают продукты от окисления. Каталаза также применяется в текстильной промышленности для удаления пероксида водорода из тканей.

Она в небольших количествах используется в гигиене контактных линз. Некоторые дезинфицирующие средства имеют в составе перекись водорода, и каталаза используется для расщепления этого компонента перед повторным использованием линз.

Активность

Активность фермента каталазы зависит от возраста организма. В молодых тканях активность фермента значительно выше, чем в старых. С возрастом и у людей, и у животных активность каталазы постепенно снижается как результат старения органов и тканей.

Согласно недавним исследованием, снижение активности каталазы является одной из возможных причин поседения волос. Перекись водорода постоянно образуется в человеческом организме, однако не приносит вреда - каталаза быстро разлагает ее. Но если уровень этого фермента снижен, очевидно, что не вся перекись водорода катализируется ферментом. Таким образом, она обесцвечивает волосы изнутри, растворяя естественные красители. Это неожиданное открытие сейчас проверяется исследователями, и, возможно, сыграет роль в разработке препаратов, приостанавливающих поседение волос.

fb.ru

Каталаза: ферментативные функции в организме человека

Каталаза – это фермент, который в организме человека принимает участие в обмене веществ и в расщеплении пероксида водорода, обладает очень мощными антиоксидантными свойствами.

Что представляет собой каталаза / краткое описание

Каталаза обеспечивает разложение перекиси водорода на воду и молекулярный кислород. В этом и заключаются ее антиоксидантные свойства. Перекись водорода образуется в клетках организма в результате некоторых химических процессов под воздействием определенных ферментов. Накопление ее в организме приводит к разрушению и гибели клеток. Каталаза предотвращает этот процесс. По-другому ее еще называют гемопротеином. То есть это небелковое вещество, но связанное с белком.

Что такое пероксид / перекись водорода

Пероксид водорода – это мощнейший оксидант, или по-другому свободный радикал. Он образуется при дыхании клеток.

Функции и активность каталазы

Главная функция каталазы – расщепление пероксида водорода на молекулярный кислород и воду. Она принимает участие в  обмене веществ и пищеварении.

Каталаза действует в организме всегда. Это ее задача – защита организма и обезвреживание разрушительных окислителей. Наибольшее ее количество содержится в печени. Действует она в эритроцитах при самых разных заболеваниях. Однако, есть данные исследований, что при злокачественных опухолях ее активность в почках и в печени заметно снижается. Зависимость размера опухоли зависит от снижения активности каталазы.

Каталаза содержится в коже всего тела. Благодаря ее антиоксидантным свойствам и прямым функциям, кожа получает в результате влагу и кислород. Так, действие фермента каталазы не только обеспечивает защиту организму от свободных радикалов, но еще увлажняет его и обеспечивает свободное дыхание. А это значит здоровье и молодость.

Старение организма происходит по нескольким причинам. Одна из них – уменьшение количества и активности каталазы в организме. Тогда начинается активное накопление свободных радикалов, или окислителей. Предотвратить это можно при помощи натуральных антиоксидантных препаратов. Например, все пептидные биорегуляторы, или Цитомаксы и Цитогены, являются природными антиоксидантами и/или содержат их в своем составе.

Также практически вся продукция НПЦРиЗ содержит антиоксидантные компоненты в своем составе. Это и онкопротекторы, женские онкопротекторы для репродуктивной системы (Мамитон) и другие. Вот некоторые из них: Олекап, Панаксод, химиорадиопротектор Ревиплант, и другие.

Предыдущие статьи

npc-riz.biz

Каталаза - это... Что такое Каталаза?

  • каталаза — фермент, катализирующий разложение перекиси водорода, образующейся в процессе биол. окисления, на воду и молекулярный кислород–2h3O2 – 2h3O + O2 Обнаруживается у большинства аэробов и некоторых анаэробов. (Источник: «Микробиология: словарь… …   Словарь микробиологии

  • КАТАЛАЗА — фермент класса оксидоредуктаз; катализирует разложение токсичного для живых клеток пероксида водорода на воду и кислород. Содержится в лизосомах …   Большой Энциклопедический словарь

  • КАТАЛАЗА — фермент класса оксидоре дуктаз; катализирует реакцию разложения токсичной для организма перекиси водорода (h3O2) с образованием Н2О и О2. Широко распространена в живых клетках, где вместе с ферментами, образующими Н2О2 (оксидазами аминокислот и… …   Биологический энциклопедический словарь

  • каталаза — сущ., кол во синонимов: 1 • фермент (253) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • каталаза — каталаза. См. пероксидазы. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) …   Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

  • КАТАЛАЗА — КАТАЛАЗА, название, данное Левом(Loew) в 1901 г. ферменту, разлагающему На02 на воду и молекулярный кислород. Существование органического катализатора, обладающего способностью разлагать Н202, было известно уже Тенару (Thenard), который в 1818… …   Большая медицинская энциклопедия

  • каталаза — Фермент, катализирующий разложение пероксида водорода на воду и кислород [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN catalase …   Справочник технического переводчика

  • каталаза — фермент класса оксидоредуктаз; катализирует разложение токсичного для живых клеток пероксида водорода на воду и кислород. Содержится в лизосомах. * * * КАТАЛАЗА КАТАЛАЗА, фермент класса оксидоредуктаз; катализирует разложение токсичного для живых …   Энциклопедический словарь

  • каталаза — (гр. katalysis разрушение) фермент, разлагающий перекись водорода, образующуюся в процессе биологического окисления, на воду и молекулярный кислород; участие каталазы в тканевом дыхании обеспечивает разрушение токсической перекиси водорода. Новый …   Словарь иностранных слов русского языка

  • каталаза — catalase каталаза [КФ 1.11.1.6]. Фермент класса оксидоредуктаз, катализирующий реакцию разложения перекиси водорода и локализованный в пероксисомах . (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А …   Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

dic.academic.ru

В чем польза каталазы

  • По теме:
  • Отзывы в блогах
  • Новое в блогах
  • Комментарии

Каталаза представляет собой антиоксидантный фермент, который, подобно супероксиддисмутазе (SOD) и глутатионпероксидазе, образуется естественным образом внутри организма. Это помогает организму превращать перекись водорода в воду и кислород, тем самым предотвращая образование пузырьков углекислого газа в крови. Каталаза также использует перекись водорода для разрушения потенциально вредных токсинов в организме, включая спирт, фенол и формальдегид.

Нам нужен кислород, чтобы жить, но когда наши тела используют кислород, они производят свободные радикалы, которые повреждают клеточные мембраны, белки и ДНК. Свободные радикалы представляют собой химически неустойчивые атомы или молекулы, которые заставляют другие атомы и молекулы в организме также становиться неустойчивыми, процесс, который вызывает обширный ущерб клеткам и ткани, и может привести к депрессии иммунной системы, инфекции, сердечно-сосудистых заболеваний, заболеваний суставов , и умственного упадка. Свободные радикалы также считаются ключевым компонентом процесса старения.

Польза каталазы для организма

Каталаза работает в тесном контакте с супероксиддисмутазой для предотвращения повреждения свободных радикалов организмом. SOD превращает опасный супероксидный радикал в пероксид водорода, который каталаза превращается в безвредную воду и кислород. Каталазы являются одними из наиболее эффективных ферментов, обнаруженных в клетках; каждая молекула каталазы может превращать миллионы молекул пероксида водорода каждую секунду.

Перекись водорода представляет собой природный, но разрушающий отходы всех кислородзависимых организмов. Он вырабатывается в организме человека, когда жирные кислоты превращаются в энергию, и когда белые кровяные клетки атакуют и убивают бактерии. Каталаза, которая находится в пероксосоме клетки, не позволяет этому природному перекисью водорода вредить клетке во время этих процессов. Это также помогает предотвратить превращение перекиси водорода в гидроксильные радикалы, потенциально опасные молекулы, которые могут атаковать и даже мутировать ДНК.

Было высказано предположение, что одним из основных причин возникновения возраст клеток является повреждение ДНК, вызванное свободными радикалами и окислителями, такими как перекись водорода, и что повышение уровней естественных свободнорадикальных истребителей организма - SOD, каталазы и глутатионпероксидазы - могли бы как улучшить здоровье человека, так и увеличить продолжительность жизни людей. Доктор Мартин Чалфи и его коллеги из Колумбийского университета обнаружили новые доказательства, подтверждающие эту теорию, когда они недавно обнаружили и изолировали ген у нематод, который использует каталазу для нейтрализации свободных радикалов и защиты клеток от окислительного повреждения. Мутирование этого гена для включения и выключения производства каталазы увеличивало и уменьшало продолжительность жизни нематоды соответственно. Возможно, что старение человека, как и у нематоды, является результатом воздействия свободных радикалов, а не времени. Каталаза, супероксиддисмутаза, метионинредуктаза и глутатионпероксидаза производятся в организме. Однако, если вы хотите попытаться бороться с последствиями старения или предотвратить серьезную болезнь, вы можете захотеть дополнить эти ферменты.

Устные дополнения доступны для SOD, каталазы и глутатионпероксидазы; однако эти вещества могут перевариваться в кишечнике до того, как они когда-либо достигнут телесных тканей. Предоставление организму дополнительных количеств строительных блоков, необходимых для создания этих природных антиоксидантов, таких как марганец, цинк, медь и селен, может быть более эффективным способом увеличения их присутствия в организме.

Лекарства

www.dislove.ru

Каталаза

Образовавшийся пероксид водорода подвергается превращениям под действием каталазы:

2 Н2О2 → 2 Н2О + О2 (11)

Каталаза (К.Ф. 1.11.1.6) локализована в основном в пероксисомах, где образуются наибольшие количества пероксида водорода, и в лейкоцитах для защиты клеток от последствий «респираторного взрыва» (см. п. 6.1.2.2).

Каталаза в зависимости от структуры относится к одному из трех семейств. Семейство 1 каталаз − это тетрамерные белки, состоящие из больших или малых субъединиц, содержащих гем. Гем включается в фермент во время его сборки в пероксисомах из мономеров, которые гем не содержат. Семейство 2 − это бифункциональные ферменты, проявляющие и каталазную, и пероксидазную активности и являющиеся гемсодержащими асимметричными димерами. Семейство 3 − гексамерные белки, содержащие по два иона марганца на мономер (рис. 6.2).

Реакция, катализируемая семействами 1 и 2 каталаз, состоит из двух стадий: сначала один атом кислорода из пероксида водорода включается в состав молекулы воды, а второй восстанавливается гемом с образованием оксоферрильного порфирин-π-радикального комплекса (compound I) (один электрон передается ионом железа, второй происходит из порфиринового кольца) (см. схему (12)). Во время второй стадии реакции оксоферрильное производное взаимодействует со второй молекулой пероксида водорода с образованием молекул воды, кислорода и восстановлением исходной формы фермента (схема (13)).

Enz (Por-Fe3+) + h3O2 → Cpd I (Por+.-Fe4+ = O) + h3O (12)

Cpd I (Por+.-Fe4+= O) + h3O2 → Enz (Por-Fe3+) + h3O + O2 , (13)

где Enz − каталаза, Por − порфирин, Cpd I − промежуточное производное I (compound I).

Рис. 6.2. Пространственная структура каталазы: а − тетрамер, состоящий из малых субъединиц (Pseudomonas syringae); б − тетрамер, в состав которого входят большие субъединицы (E. сoli); в − димерная структура бифункционального фермента каталазы-пероксидазы (Burkholderia pseudomallei); г − гексамер Мn2-содержащей каталазы (Lactobacillus plantarum). Гем в структурах а и б изображен синим цветом, ионы Мn в структуре г − красным (согласно [14])

В случае пероксидазной реакции, катализируемой ферментами семейства 2, необходим органический донор электронов для протекания второй стадии (8):

Cpd I (Por+.-Fe4+= O) + 2Ah3 → Enz (Por-Fe3+) + 2AH• + h3O, (14)

где Ah3 является органическим соединением − донором электронов.

Особенностью этой группы ферментов является наличие в структуре ковалентного аддукта Мet-Tyr-Trp, в случае его отсутствия протекает только пероксидазная реакция.

Каталазы, относящиеся к семейству 3, катализируют реакции превращения пероксида водорода, где роль восстановителя выполняет комплекс из двух катионов марганца:

h3O2 + Mn2+-Mn2+ (2H+) → Mn3+-Mn3+ + 2 h3O (15)

h3O2 + Mn3+-Mn3+ → Mn2+-Mn2+ (2H+) + O2 , (16)

т. е. центр, содержащий два иона марганца, ведет себя аналогично гему в каталазах семейств 1 и 2.

studfiles.net

Фермент каталаза и его свойства

Каталаза — это фермент, являющийся катализатором в реакции разложения перекиси водорода, при которой образуются вода и молекулярный кислород: Н2О2 + Н2О2 = О2 + 2Н2О. Биологическое значение Каталазы заключается именно в разложении перекиси водорода, которая образуется в клетках при воздействии ряда флавопротеиновых оксидаз, чем обеспечивается действенная защита клеточных структур от разрушения, которое осуществляет перекись водорода. Если вследствие генетических причин возникает дефицит Каталазы развивается акаталазия. Это наследственная болезнь, клиническими проявлениями которой являются изъязвления слизистой носа и полости рта, а в некоторых случаях явно выраженные выпадение зубов и атрофические изменения альвеолярных перегородок.

Каталаза имеется в тканях растений, животных и человека, даже в в микроорганизмах, хотя у ряда анаэробных микроорганизмов этот фермент полностью отсутствует. В клетках Каталаза содержится в пероксисомах — специальных органеллах.

Каталаза — это гемопротеин, простетической группой (небелковый элемент, связанный с белком) которого является гем, который содержит ион трехвалентного железа. Молекула Каталазы включает четыре идентичные субъединицы и четыре простетические группы, надежно связанные с апофермектом (белковой частью фермента). При диализе они от него не отделяются. Для Каталазы рН колеблется в пределах 6,0—8,0.

Активность Каталазы

Чтобы определить активность Каталазы фиксируют образованный в процессе реакции кислород, что осуществляется манометрическим, либо полярографическим методами. Возможна и регистрация кислорода с помощью измерения текущей концентрации перекиси водорода спектрофотометрическим иетодом или остаточной концентрации йодометрическим, перманганатометрическим либо иными титриметрическими методами.

Активность Катадазы в эритроцитах постоянна при многих болезнях, однако при злокачественной или другой подобной анемии возрастаетй каталазный индекс, который выражается в отношении величины каталазной активности некоторого объема крови к числу эритроцитов в этом объеме. Этот показатель имеющий большое диагностическое значение. В случае злокачественных новообразований определяется снижение активности Каталазы в печени и почках. Существует даже зависимость между размером опухоли, скоростью роста и уровнем снижения активности Каталазы в печени. Для подтверждения этой теории из некоторых опухолей выделялись токсогормоны, это вещества, вызывающие снижение активности Каталазы в печени у экспериментальных животных при введении.

Где содеожиться каталаза?

Каталаза — это фермент класса оксиредуктаз .

Среди всех органов Каталазы более всего находится в печени. Это один из главных ферментов разрушения активных форм кислорода, то есть Каталаза — основной первичный антиоксидант системы защиты, что обусловлено именно той самой реакцией разложения перекиси водорода до воды , разделяя эту функцию с ферментом GSH-PX. Оба этих вещества лишают токсичности активный кислородный радикал, служа катализатором образования перекиси водорода из супероксида. Имеются и различия в субстратной специфичности этих ферментов, поскольку эти два фермента различаются сродством к субстрату.

Низком содержание Н2О2 требует катализатора пероксидазы для органических пероксидов. В свою очередь высокие концентрации Н2О2 требуют в роли катализатора Каталазу. Уровень активности этих ферментов различен не только в разных тканях, но даже и внутри самой клетки. У печени, почек и красных кровяных телец уровень СТ высокий. В гепатоцитах высокий уровень активности заметен в пероксисомах, при этом СТ активен в цитозоле и в микросомах.

Являясь тетрамерным гем-содержащим белком, Каталаза образуется в цитозоле в виде мономеров, которые не содержат гем. Перенесенные в просвет пероксисом мономеры образуют там тетрамеры в присутствии гема. У каталазы нет сигнальной последовательности, отрезаемой после использования, но у нее должнен быть какой-либо сигнал, который направляет ее в пероксисому. По современным научным погятиям, эту роль может играть специфическая последовательность из трех аминокислот, которая расположена у карбоксильного конца многих пероксисомных белков.

nmedicine.net


Смотрите также