Ihmisen kehossa on monia kiehtovia proteiiniyhdisteitä, joita kutsutaan entsyymeiksi.
Ne suorittavat laajan kirjon toimintoja, jotka ovat välttämättömiä elimistön asianmukaiselle toiminnalle.
Ilman niitä kehomme ei pystyisi toimimaan oikein. Yksi tällaisista entsyymeistä on katalaasi,
joka on tämän päivän artikkelin pääaihe. Mitkä ovat sen tehtävät ja millä menetelmillä sen aktiivisuutta mitataan?
Katalaasin tehtävät
Katalaasientsyymillä on keskeinen rooli H₂O₂:n sekä muiden monissa aineenvaihduntaprosesseissa syntyvien myrkyllisten happijohdannaisten pitoisuuden säätelyssä. Lisäksi se suojaa hemoglobiinia poistamalla yli puolet ihmisen punasoluissa muodostuvasta vetyperoksidista, sillä punasolut altistuvat korkeille happipitoisuuksille. Tätä entsyymiä esiintyy pääasiassa maksassa.
Kuva esittää entsyymin proteiinimallia.
Katalaasin katalysoima reaktio
Vetyperoksidin poistoon johtavan entsymaattisen reaktion aikana entsyymi hapettuu ensin hypervalentiksi rautavälituotteeksi, jota kutsutaan yhdisteeksi I (Compound I, Cpd I). Tämän jälkeen se pelkistyy takaisin lepotilaansa toisen H₂O₂-molekyylin vaikutuksesta.
Ensimmäiselle reaktiolle on ominaista hemiproteiinin hapettuminen yhden H₂O₂-molekyylin toimesta, mikä johtaa Cpd I:n muodostumiseen.
Muodostuttuaan Cpd I reagoi nopeasti toisen H₂O₂-molekyylin kanssa muodostaen H₂O:ta ja O₂:ta kahden elektronin redox-prosessissa. Tämä reaktio on erityisen tehokas tietyissä katalaaseissa verrattuna muihin hemiproteiineihin, kuten myoglobiiniin.
Katalaasityypit
Tyypilliset katalaasit
Tyypilliset katalaasit ovat suurin katalaasiryhmä, jota esiintyy aerobisissa eliöissä. Ne voidaan jakaa kolmeen luokkaan:
ensimmäiseen luokkaan kuuluvat entsyymit, joita esiintyy bakteereissa, levissä ja kasveissa;
toiseen luokkaan kuuluvat entsyymit, joita esiintyy bakteereissa ja sienissä;
kolmanteen luokkaan kuuluvat entsyymit, joita esiintyy arkeissa, sienissä, protisteissa, kasveissa ja eläimissä.
Katalaasi-peroksidaasit
Katalaasi-peroksidaaseja esiintyy sienissä, arkeissa ja bakteereissa. Katalaasiaktiivisuus (vetyperoksidin hajotus) on vähemmän tehokasta kuin tyypillisillä katalaaseilla, mutta katalaasi-peroksidaaseilla on suurempi affiniteetti substraattiinsa H₂O₂:een.
Mangaanikatalaasit
Mangaanikatalaaseja esiintyy yksinomaan bakteereissa. Reaktio etenee eri tavalla kuin muilla katalaaseilla, sillä raudan sijasta käytetään mangaania.
Hapen vapautumisen yhteydessä voidaan havaita tyypillisten ilmakuplien muodostumista.
Katalaasin aktiivisuuden mittausmenetelmät
Katalaasin aktiivisuuden mittaaminen toimii arvokkaana biomarkkerina kliinisessä diagnostiikassa, sillä se antaa tietoa oksidatiivisen stressin tasosta, antioksidatiivisista puolustusmekanismeista sekä erilaisista patologisista tiloista. Katalaasin aktiivisuuden mittausmenetelmiä ovat:
Spektrofotometriset määritykset – mittaavat aktiivisuutta vetyperoksidin entsymaattisen
hajoamisen perusteella, mikä aiheuttaa muutoksia absorbanssissa eri aallonpituuksilla.
Amperometriset määritykset – mittaavat aktiivisuutta hapen, joka on vetyperoksidin hajoamisen tuote, sähkökemiallisen havaitsemisen perusteella.
