Penjelasan enzim katalase - Katalase merupakan enzim
yang umum ditemukan pada hampir semua organisme hidup terkena oksigen. Ini
mengkatalisis dekomposisi hidrogen peroksida untuk air dan oksigen. [1] Ini
adalah enzim yang sangat penting dalam reaksi reproduksi. Demikian juga, katalase
memiliki salah satu nomor omset tertinggi dari semua enzim; satu molekul
katalase dapat mengkonversi jutaan molekul hidrogen peroksida untuk kedua air
dan oksigen masing-masing [2].
Katalase merupakan tetramer dari empat rantai polipeptida, masing-masing lebih dari 500 asam amino lama. [3] Ini berisi empat porfirin heme (besi) kelompok yang memungkinkan enzim untuk bereaksi dengan hidrogen peroksida. PH optimum untuk manusia katalase adalah sekitar 7, [4] dan memiliki maksimum yang cukup luas (laju reaksi tidak berubah lumayan pada pH antara 6,8 dan 7,5) [5] optimal pH untuk catalases lainnya bervariasi. Antara 4 dan 11 tergantung pada spesies [6]. Suhu optimum juga bervariasi menurut spesies. [7]
Sejarah
Katalase pertama kali melihat pada tahun 1818 ketika Louis Jacques Thenard, yang menemukan H2O2 (hidrogen peroksida), menyarankan kerusakan yang disebabkan oleh zat yang tidak diketahui. Pada tahun 1900, Oscar Loew adalah orang pertama yang memberikan nama katalase, dan menemukannya di banyak tanaman dan hewan. [8] Pada tahun 1937 katalase dari hati sapi itu mengkristal oleh James B. Sumner dan Alexander Dounce [9] dan berat molekul telah dikerjakan pada tahun 1938. [10]
Pada tahun 1969, urutan asam amino dari sapi katalase berhasil. [11] Kemudian pada tahun 1981, struktur tiga dimensi protein ini diturunkan [12].
Tindakan
Reaksi katalase dalam dekomposisi hidrogen peroksida adalah:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Kehadiran katalase dalam sampel mikroba atau jaringan dapat diuji dengan menambahkan volume hidrogen peroksida dan mengamati reaksi. Pembentukan gelembung, oksigen, menunjukkan hasil yang positif. Ini uji mudah, yang dapat dilihat dengan mata telanjang, tanpa bantuan instrumen, ini dimungkinkan karena katalase memiliki aktivitas jenis yang sangat tinggi, yang menghasilkan respon terdeteksi.
Molekul mekanisme
Meskipun mekanisme lengkap katalase saat ini tidak diketahui, [13] reaksi diyakini terjadi dalam dua tahap:
H2O2 + Fe (III)-E → H2O + O = Fe (IV)-E (. +)
H2O2 + O = Fe (IV)-E (+.) → H2O + Fe (III)-E + O2 [13]
Berikut Fe ()-E merupakan pusat besi dari kelompok heme terikat pada enzim. Fe (IV)-E (+.) Adalah bentuk mesomeric Fe (V)-E, yang berarti besi tidak sepenuhnya teroksidasi menjadi + V, tapi menerima beberapa "elektron mendukung" dari ligan heme. Heme ini harus diambil kemudian sebagai kation radikal (. +).
Sebagai hidrogen peroksida memasuki situs aktif, berinteraksi dengan asam amino Asn147 (asparagin pada posisi 147) dan His74, menyebabkan proton (ion hidrogen) untuk mentransfer antara atom oksigen. Atom oksigen bebas koordinat, membebaskan molekul air yang baru terbentuk dan Fe (IV) = O. Fe (IV) = O bereaksi dengan molekul hidrogen peroksida kedua untuk reformasi Fe (III)-E dan menghasilkan air dan oksigen [13]. Reaktivitas dari pusat besi dapat ditingkatkan dengan adanya ligan phenolate dari Tyr357 di kelima besi ligan, yang dapat membantu dalam oksidasi Fe (III) menjadi Fe (IV). Efisiensi reaksi juga dapat ditingkatkan dengan interaksi His74 dan Asn147 dengan intermediet reaksi [13] Secara umum., Laju reaksi dapat ditentukan dengan persamaan Michaelis-Menten. [14]
Katalase juga dapat mengkatalisis oksidasi, dengan hidrogen peroksida, metabolit berbagai racun, termasuk formaldehida, asam format, fenol, asetaldehida dan alkohol. Ia melakukannya sesuai dengan reaksi berikut:
H2O2 + 2H2O → H2R + R
Mekanisme yang tepat dari reaksi ini tidak diketahui.
Setiap ion logam berat (seperti kation tembaga tembaga (II) sulfat) dapat bertindak sebagai inhibitor kompetitif dari katalase. Juga, racun sianida adalah inhibitor kompetitif katalase, sangat mengikat heme dari katalase dan menghentikan aksi enzim.
Struktur protein tiga dimensi dari intermediet katalase peroxidated tersedia di Protein Data Bank. Enzim ini umumnya digunakan di laboratorium sebagai alat untuk belajar pengaruh enzim terhadap laju reaksi.
Seluler peran
Hidrogen peroksida adalah produk sampingan yang berbahaya dari banyak proses metabolisme normal, untuk mencegah kerusakan sel dan jaringan, harus cepat diubah menjadi lain, zat yang kurang berbahaya. Untuk tujuan ini, katalase sering digunakan oleh sel untuk cepat mengkatalisis dekomposisi hidrogen peroksida menjadi kurang reaktif gas oksigen dan molekul air [15].
Pentingnya biologis sejati katalase tidak selalu mudah untuk menilai: Tikus rekayasa genetika kurangnya katalase berupa fenotipe normal, menunjukkan enzim ini adalah dibuang pada hewan dalam kondisi tertentu [16] Kekurangan katalase dapat meningkatkan kemungkinan mengembangkan diabetes tipe 2.. [17] [18] Beberapa manusia memiliki tingkat yang sangat rendah katalase (acatalasia), namun menunjukkan efek sakit sedikit. Para pemulung dominan H2O2 dalam sel mamalia normal peroxiredoxins mungkin daripada katalase. [Rujukan?]
Manusia katalase bekerja pada suhu optimum 37 ° C, [5] yang sekitar suhu tubuh manusia. Sebaliknya, katalase terisolasi dari archaea hyperthermophile Pyrobaculum calidifontis memiliki suhu optimum 90 ° C. [19]
Katalase biasanya terletak dalam sel, organel yang disebut bipolar lingkungan Peroksisom. [20] Peroksisom dalam sel tanaman terlibat dalam fotorespirasi (penggunaan oksigen dan produksi karbon dioksida) dan fiksasi nitrogen simbiotik (yang melanggar terpisah dari diatomik nitrogen (N2 ) untuk atom nitrogen reaktif). Hidrogen peroksida digunakan sebagai agen antimikroba kuat ketika sel-sel yang terinfeksi patogen. Katalase-positif patogen, seperti Mycobacterium tuberculosis, Legionella pneumophila, dan Campylobacter jejuni, membuat katalase untuk menonaktifkan radikal peroksida, sehingga memungkinkan mereka untuk bertahan hidup tanpa cedera dalam host. [21]
Katalase kontribusi untuk etanol metabolisme dalam tubuh setelah mengkonsumsi alkohol, tapi hanya rusak sebagian kecil dari alkohol dalam tubuh [22].
Distribusi antara organisme
Semua binatang yang dikenal menggunakan katalase dalam setiap organ, dengan konsentrasi tinggi terutama terjadi di hati. Salah satu penggunaan yang unik dari katalase terjadi pada kumbang pengebom. Kumbang ini memiliki dua set bahan kimia biasanya disimpan secara terpisah dalam kelenjar yang dipasangkan. Semakin besar dari pasangan, ruang penyimpanan atau reservoir, berisi hydroquinones dan peroksida hidrogen, sedangkan yang lebih kecil dari pasangan, ruang reaksi, berisi catalases dan peroksidasa. Untuk mengaktifkan semprot berbahaya, kumbang campuran isi dari dua kompartemen, menyebabkan oksigen untuk dibebaskan dari hidrogen peroksida. Oksigen mengoksidasi hydroquinones dan juga bertindak sebagai propelan. [23] Reaksi oksidasi sangat eksotermik (ΔH = -202,8 kJ / mol) yang cepat memanaskan campuran untuk titik didih. [24]
Katalase juga universal di antara tanaman, dan jamur banyak juga produsen tinggi enzim [25].
Hampir semua mikroorganisme aerobik menggunakan katalase. Hal ini juga hadir di beberapa mikroorganisme anaerob, seperti Methanosarcina barkeri [26].
Aplikasi
Hidrogen peroksida
Katalase digunakan dalam industri makanan untuk menghilangkan hidrogen peroksida dari susu keju sebelum produksi. [27] Penggunaan lainnya adalah dalam bungkus makanan di mana ia mencegah makanan dari oksidasi [28]. Katalase juga digunakan dalam industri tekstil, menghapus peroksida hidrogen dari Kain untuk memastikan bahan yang peroksida bebas. [29]
Sebuah penggunaan kecil adalah dalam kebersihan lensa kontak - sebuah pembersih lensa beberapa produk mendisinfeksi lensa menggunakan larutan hidrogen peroksida; larutan yang mengandung katalase kemudian digunakan untuk menguraikan hidrogen peroksida sebelum lensa digunakan lagi [30] Baru, katalase memiliki. juga mulai digunakan di industri estetika. Perawatan masker Beberapa menggabungkan enzim dengan hidrogen peroksida pada wajah dengan maksud meningkatkan oksigenasi selular di lapisan atas epidermis.
Katalase menguji
Katalase reaksi
Uji katalase juga merupakan salah satu dari tiga tes utama yang digunakan oleh ahli mikrobiologi untuk mengidentifikasi spesies bakteri. Kehadiran enzim katalase dalam tes mengisolasi terdeteksi menggunakan hidrogen peroksida. Jika bakteri memiliki katalase (yaitu, adalah katalase-positif), ketika sejumlah kecil bakteri isolat ditambahkan ke hidrogen peroksida, gelembung oksigen yang diamati.
Uji katalase dilakukan dengan menempatkan setetes hidrogen peroksida pada slide mikroskop. Menggunakan tongkat aplikator, seorang ilmuwan menyentuh koloni, dan kemudian pap sampel ke dalam drop hidrogen peroksida.
Jika campuran menghasilkan gelembung atau buih, organisme dikatakan 'katalase-positif'. Staphylococcus [31] dan Micrococci [32] adalah katalase-positif. Lain katalase-positif organisme termasuk Listeria, Corynebacterium diphtheriae, Burkholderia cepacia, Nocardia, yang Enterobacteriaceae keluarga (Citrobacter, E. coli, Enterobacter, Klebsiella, Shigella, Yersinia, Proteus, Salmonella, Serratia, Pseudomonas), Mycobacterium tuberculosis, Aspergillus, dan kriptokokus .
Jika tidak, organisme adalah 'katalase-negatif. Streptococcus [33] dan Enterococcus spp. adalah katalase negatif.
Sementara uji katalase saja tidak dapat mengidentifikasi organisme tertentu, dikombinasikan dengan tes lainnya, seperti resistensi antibiotik, dapat membantu identifikasi. Kehadiran katalase dalam sel bakteri bergantung pada kondisi pertumbuhan dan media yang digunakan untuk menumbuhkan sel.
Abu-abu rambut
Menurut penelitian ilmiah terbaru, rendahnya tingkat katalase mungkin memainkan peran dalam proses beruban rambut manusia. Hidrogen peroksida secara alami diproduksi oleh tubuh dan katalase mengelompokkannya. Jika tingkat penurunan katalase, peroksida hidrogen tidak dapat dibagi juga. Hal ini memungkinkan hidrogen peroksida untuk pemutih rambut dari dalam ke luar. Temuan ini suatu hari nanti dapat dimasukkan ke dalam perawatan untuk rambut yang mulai memutih. [34] [35] [36]
Peran dalam penyakit
Para acatalasia gangguan peroxisomal adalah karena kekurangan dalam fungsi katalase. Polimorfisme genetik dalam ekspresi katalase dan diubah dan aktivitas berhubungan dengan kerusakan DNA oksidatif dan selanjutnya resiko individu dari kerentanan kanker. [37]
Katalase merupakan tetramer dari empat rantai polipeptida, masing-masing lebih dari 500 asam amino lama. [3] Ini berisi empat porfirin heme (besi) kelompok yang memungkinkan enzim untuk bereaksi dengan hidrogen peroksida. PH optimum untuk manusia katalase adalah sekitar 7, [4] dan memiliki maksimum yang cukup luas (laju reaksi tidak berubah lumayan pada pH antara 6,8 dan 7,5) [5] optimal pH untuk catalases lainnya bervariasi. Antara 4 dan 11 tergantung pada spesies [6]. Suhu optimum juga bervariasi menurut spesies. [7]
Sejarah
Katalase pertama kali melihat pada tahun 1818 ketika Louis Jacques Thenard, yang menemukan H2O2 (hidrogen peroksida), menyarankan kerusakan yang disebabkan oleh zat yang tidak diketahui. Pada tahun 1900, Oscar Loew adalah orang pertama yang memberikan nama katalase, dan menemukannya di banyak tanaman dan hewan. [8] Pada tahun 1937 katalase dari hati sapi itu mengkristal oleh James B. Sumner dan Alexander Dounce [9] dan berat molekul telah dikerjakan pada tahun 1938. [10]
Pada tahun 1969, urutan asam amino dari sapi katalase berhasil. [11] Kemudian pada tahun 1981, struktur tiga dimensi protein ini diturunkan [12].
Tindakan
Reaksi katalase dalam dekomposisi hidrogen peroksida adalah:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
Kehadiran katalase dalam sampel mikroba atau jaringan dapat diuji dengan menambahkan volume hidrogen peroksida dan mengamati reaksi. Pembentukan gelembung, oksigen, menunjukkan hasil yang positif. Ini uji mudah, yang dapat dilihat dengan mata telanjang, tanpa bantuan instrumen, ini dimungkinkan karena katalase memiliki aktivitas jenis yang sangat tinggi, yang menghasilkan respon terdeteksi.
Molekul mekanisme
Meskipun mekanisme lengkap katalase saat ini tidak diketahui, [13] reaksi diyakini terjadi dalam dua tahap:
H2O2 + Fe (III)-E → H2O + O = Fe (IV)-E (. +)
H2O2 + O = Fe (IV)-E (+.) → H2O + Fe (III)-E + O2 [13]
Berikut Fe ()-E merupakan pusat besi dari kelompok heme terikat pada enzim. Fe (IV)-E (+.) Adalah bentuk mesomeric Fe (V)-E, yang berarti besi tidak sepenuhnya teroksidasi menjadi + V, tapi menerima beberapa "elektron mendukung" dari ligan heme. Heme ini harus diambil kemudian sebagai kation radikal (. +).
Sebagai hidrogen peroksida memasuki situs aktif, berinteraksi dengan asam amino Asn147 (asparagin pada posisi 147) dan His74, menyebabkan proton (ion hidrogen) untuk mentransfer antara atom oksigen. Atom oksigen bebas koordinat, membebaskan molekul air yang baru terbentuk dan Fe (IV) = O. Fe (IV) = O bereaksi dengan molekul hidrogen peroksida kedua untuk reformasi Fe (III)-E dan menghasilkan air dan oksigen [13]. Reaktivitas dari pusat besi dapat ditingkatkan dengan adanya ligan phenolate dari Tyr357 di kelima besi ligan, yang dapat membantu dalam oksidasi Fe (III) menjadi Fe (IV). Efisiensi reaksi juga dapat ditingkatkan dengan interaksi His74 dan Asn147 dengan intermediet reaksi [13] Secara umum., Laju reaksi dapat ditentukan dengan persamaan Michaelis-Menten. [14]
Katalase juga dapat mengkatalisis oksidasi, dengan hidrogen peroksida, metabolit berbagai racun, termasuk formaldehida, asam format, fenol, asetaldehida dan alkohol. Ia melakukannya sesuai dengan reaksi berikut:
H2O2 + 2H2O → H2R + R
Mekanisme yang tepat dari reaksi ini tidak diketahui.
Setiap ion logam berat (seperti kation tembaga tembaga (II) sulfat) dapat bertindak sebagai inhibitor kompetitif dari katalase. Juga, racun sianida adalah inhibitor kompetitif katalase, sangat mengikat heme dari katalase dan menghentikan aksi enzim.
Struktur protein tiga dimensi dari intermediet katalase peroxidated tersedia di Protein Data Bank. Enzim ini umumnya digunakan di laboratorium sebagai alat untuk belajar pengaruh enzim terhadap laju reaksi.
Seluler peran
Hidrogen peroksida adalah produk sampingan yang berbahaya dari banyak proses metabolisme normal, untuk mencegah kerusakan sel dan jaringan, harus cepat diubah menjadi lain, zat yang kurang berbahaya. Untuk tujuan ini, katalase sering digunakan oleh sel untuk cepat mengkatalisis dekomposisi hidrogen peroksida menjadi kurang reaktif gas oksigen dan molekul air [15].
Pentingnya biologis sejati katalase tidak selalu mudah untuk menilai: Tikus rekayasa genetika kurangnya katalase berupa fenotipe normal, menunjukkan enzim ini adalah dibuang pada hewan dalam kondisi tertentu [16] Kekurangan katalase dapat meningkatkan kemungkinan mengembangkan diabetes tipe 2.. [17] [18] Beberapa manusia memiliki tingkat yang sangat rendah katalase (acatalasia), namun menunjukkan efek sakit sedikit. Para pemulung dominan H2O2 dalam sel mamalia normal peroxiredoxins mungkin daripada katalase. [Rujukan?]
Manusia katalase bekerja pada suhu optimum 37 ° C, [5] yang sekitar suhu tubuh manusia. Sebaliknya, katalase terisolasi dari archaea hyperthermophile Pyrobaculum calidifontis memiliki suhu optimum 90 ° C. [19]
Katalase biasanya terletak dalam sel, organel yang disebut bipolar lingkungan Peroksisom. [20] Peroksisom dalam sel tanaman terlibat dalam fotorespirasi (penggunaan oksigen dan produksi karbon dioksida) dan fiksasi nitrogen simbiotik (yang melanggar terpisah dari diatomik nitrogen (N2 ) untuk atom nitrogen reaktif). Hidrogen peroksida digunakan sebagai agen antimikroba kuat ketika sel-sel yang terinfeksi patogen. Katalase-positif patogen, seperti Mycobacterium tuberculosis, Legionella pneumophila, dan Campylobacter jejuni, membuat katalase untuk menonaktifkan radikal peroksida, sehingga memungkinkan mereka untuk bertahan hidup tanpa cedera dalam host. [21]
Katalase kontribusi untuk etanol metabolisme dalam tubuh setelah mengkonsumsi alkohol, tapi hanya rusak sebagian kecil dari alkohol dalam tubuh [22].
Distribusi antara organisme
Semua binatang yang dikenal menggunakan katalase dalam setiap organ, dengan konsentrasi tinggi terutama terjadi di hati. Salah satu penggunaan yang unik dari katalase terjadi pada kumbang pengebom. Kumbang ini memiliki dua set bahan kimia biasanya disimpan secara terpisah dalam kelenjar yang dipasangkan. Semakin besar dari pasangan, ruang penyimpanan atau reservoir, berisi hydroquinones dan peroksida hidrogen, sedangkan yang lebih kecil dari pasangan, ruang reaksi, berisi catalases dan peroksidasa. Untuk mengaktifkan semprot berbahaya, kumbang campuran isi dari dua kompartemen, menyebabkan oksigen untuk dibebaskan dari hidrogen peroksida. Oksigen mengoksidasi hydroquinones dan juga bertindak sebagai propelan. [23] Reaksi oksidasi sangat eksotermik (ΔH = -202,8 kJ / mol) yang cepat memanaskan campuran untuk titik didih. [24]
Katalase juga universal di antara tanaman, dan jamur banyak juga produsen tinggi enzim [25].
Hampir semua mikroorganisme aerobik menggunakan katalase. Hal ini juga hadir di beberapa mikroorganisme anaerob, seperti Methanosarcina barkeri [26].
Aplikasi
Hidrogen peroksida
Katalase digunakan dalam industri makanan untuk menghilangkan hidrogen peroksida dari susu keju sebelum produksi. [27] Penggunaan lainnya adalah dalam bungkus makanan di mana ia mencegah makanan dari oksidasi [28]. Katalase juga digunakan dalam industri tekstil, menghapus peroksida hidrogen dari Kain untuk memastikan bahan yang peroksida bebas. [29]
Sebuah penggunaan kecil adalah dalam kebersihan lensa kontak - sebuah pembersih lensa beberapa produk mendisinfeksi lensa menggunakan larutan hidrogen peroksida; larutan yang mengandung katalase kemudian digunakan untuk menguraikan hidrogen peroksida sebelum lensa digunakan lagi [30] Baru, katalase memiliki. juga mulai digunakan di industri estetika. Perawatan masker Beberapa menggabungkan enzim dengan hidrogen peroksida pada wajah dengan maksud meningkatkan oksigenasi selular di lapisan atas epidermis.
Katalase menguji
Katalase reaksi
Uji katalase juga merupakan salah satu dari tiga tes utama yang digunakan oleh ahli mikrobiologi untuk mengidentifikasi spesies bakteri. Kehadiran enzim katalase dalam tes mengisolasi terdeteksi menggunakan hidrogen peroksida. Jika bakteri memiliki katalase (yaitu, adalah katalase-positif), ketika sejumlah kecil bakteri isolat ditambahkan ke hidrogen peroksida, gelembung oksigen yang diamati.
Uji katalase dilakukan dengan menempatkan setetes hidrogen peroksida pada slide mikroskop. Menggunakan tongkat aplikator, seorang ilmuwan menyentuh koloni, dan kemudian pap sampel ke dalam drop hidrogen peroksida.
Jika campuran menghasilkan gelembung atau buih, organisme dikatakan 'katalase-positif'. Staphylococcus [31] dan Micrococci [32] adalah katalase-positif. Lain katalase-positif organisme termasuk Listeria, Corynebacterium diphtheriae, Burkholderia cepacia, Nocardia, yang Enterobacteriaceae keluarga (Citrobacter, E. coli, Enterobacter, Klebsiella, Shigella, Yersinia, Proteus, Salmonella, Serratia, Pseudomonas), Mycobacterium tuberculosis, Aspergillus, dan kriptokokus .
Jika tidak, organisme adalah 'katalase-negatif. Streptococcus [33] dan Enterococcus spp. adalah katalase negatif.
Sementara uji katalase saja tidak dapat mengidentifikasi organisme tertentu, dikombinasikan dengan tes lainnya, seperti resistensi antibiotik, dapat membantu identifikasi. Kehadiran katalase dalam sel bakteri bergantung pada kondisi pertumbuhan dan media yang digunakan untuk menumbuhkan sel.
Abu-abu rambut
Menurut penelitian ilmiah terbaru, rendahnya tingkat katalase mungkin memainkan peran dalam proses beruban rambut manusia. Hidrogen peroksida secara alami diproduksi oleh tubuh dan katalase mengelompokkannya. Jika tingkat penurunan katalase, peroksida hidrogen tidak dapat dibagi juga. Hal ini memungkinkan hidrogen peroksida untuk pemutih rambut dari dalam ke luar. Temuan ini suatu hari nanti dapat dimasukkan ke dalam perawatan untuk rambut yang mulai memutih. [34] [35] [36]
Peran dalam penyakit
Para acatalasia gangguan peroxisomal adalah karena kekurangan dalam fungsi katalase. Polimorfisme genetik dalam ekspresi katalase dan diubah dan aktivitas berhubungan dengan kerusakan DNA oksidatif dan selanjutnya resiko individu dari kerentanan kanker. [37]
0 komentar "Penjelasan enzim katalase", Baca atau Masukkan Komentar
Posting Komentar