Фермент каталаза: основные специфические 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.

Фермент каталаза

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.


Организмы, живущие в бескислородной среде – это анаэробы. Факультативные и облигатные виды, а также...

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.

действие фермента каталазы на пероксид водорода

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.

История открытия

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.


Кинетика ферментативных реакций имеет сложную природу. Рассмотрим особенности ферментативной...

Где содержится фермент каталаза

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.

Расщепление перекиси водорода ферментом каталазойЧтобы 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 H2O2 → 2 H2O + 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.


Чтобы представить, какое значение имеют белки, достаточно вспомнить широко известную фразу Фридриха...

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.

активность фермента каталазы

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.

Функции пероксисом. Синдром Зельвегера
Сегодня мы предлагаем вам рассмотреть функции пероксисом. Какое значение они имеют в клетке? Также мы обратим внимание и на то, какие заболевания можно выявить с помощью данной органеллы.
далее
Реакция разложения: примеры и уравнение
Человеческий да и любой биологический организм состоит из множества органических и неорганических веществ. Поддерживать его жизнеспособность помогают различные процессы, непрерывно происходящие внутри него. Одним из главных среди них является - ...
далее
Узнаем как пить перекись водорода по Неумывакину? Лечение перекисью ...
Улучшить самочувствие, оздоровить организм и даже победить многие недуги позволяет обыкновенная перекись водорода. Так считает основоположник космической медицины доктор Иван Павлович Неумывакин.
далее
Биохимия ферментов. Строение, свойства и функции
В клетке любого живого организма протекают миллионы химических реакций. Каждая из них имеет большое значение, поэтому важно поддерживать скорость биологических процессов на высоком уровне. Почти каждая реакция катализируется своим ферментом. Что ...
далее
Коферменты - это малые молекулы небелковой природы. Структура и ...
Коферменты – это такие соединения, которые необходимы, чтобы ферменты могли реализовывать все заложенные в них природой функции, в том числе каталитические. А если подробнее?
далее
Коровье молоко: состав и свойства. Состав коровьего молока - таблица
Знаменитая фраза: "Пейте дети молоко, будете здоровы!" много раз подвергалась учеными сомнению. Ежегодно они представляют общественности все новые факты о влиянии этого продукта на организм человека. Но коровье молоко, состав которого уникален, было и остается одним из самых популярных и востребованных товаров. Информацию о коровьем молоке, его пользе и вреде для организма человека вы найдете в этой статье.
далее
Коровье молоко: состав и свойства. Состав коровьего молока - таблица
Факультативные анаэробы - что это? Отвечаем на вопрос. Примеры и классификация
Организмы, живущие в бескислородной среде – это анаэробы. Факультативные и облигатные виды, а также примеры их жизнедеятельности и классификация будут рассмотрены нами в данной статье.
далее
Факультативные анаэробы - что это? Отвечаем на вопрос. Примеры и классификация
Кинетика ферментативных реакций - описание, специфические особенности и таблица
Кинетика ферментативных реакций имеет сложную природу. Рассмотрим особенности ферментативной реакции, специфику протекания таких процессов.
далее
Кинетика ферментативных реакций - описание, специфические особенности и таблица
Знаете ли вы из чего состоит белок? Примеры простых и сложных белков
Чтобы представить, какое значение имеют белки, достаточно вспомнить широко известную фразу Фридриха Энгельса: «Жизнь – есть способ существования белковых тел». На самом деле на Земле эти вещества наряду с нуклеиновыми кислотами обуславливают все проявления живой материи. В данной работе мы выясним из, чего состоят белки, изучим, какую функцию они выполняют, а также определим особенности строения различных видов.
далее
Знаете ли вы из чего состоит белок? Примеры простых и сложных белков