Inhalt
- Funktion
- Struktur
- Die Bedeutung von Katalase
- Faktoren, die die Wirksamkeit der Katalase beeinflussen
- Andere Verwendungen von Katalase
Katalase ist ein Enzym, das in den Zellen von Tieren, Pflanzen und aeroben Bakterien vorkommt. Ein Enzym ist ein großes Molekül, das in Zellen synthetisiert und als Katalysator in einer Reaktion produziert wird. Jeder Enzymtyp hat eine spezifische Funktion, und die Katalase hat die Funktion, ein möglicherweise schädliches Nebenprodukt in für die Zelle nützliche Elemente umzuwandeln.
Funktion
Katalase ist wie die meisten Enzyme ein Protein. Es wird in den Peroxisomen gefunden, bei denen es sich um membranartige Zellorganellen handelt. Katalase hat eine wichtige biologische Funktion: Sie katalysiert den Abbau von Wasserstoffperoxid, einer für Organismen toxischen Substanz, in Wasser und molekularen Sauerstoff, die sowohl harmlos als auch nützlich sind.
Struktur
Die Hantelstruktur der Katalase enthält vier Polypeptidketten mit jeweils mehr als 500 Aminosäuren. Catalase hat auch vier Hämgruppen, die aus Protoporphyrinringen bestehen und ein einzelnes Eisenatom enthalten. Diese Ringe sind in den vier Ketten untergebracht.
Die Bedeutung von Katalase
Wasserstoffperoxid ist ein Nebenprodukt vieler biologischer Funktionen von Organismen. Alle aeroben Organismen verwenden Sauerstoff bei der Atmung. Die Reduktion von Sauerstoff in Wasser ist oft unvollständig, und ein zusätzliches Elektron aus einem Metallion kann übertragen werden, wodurch Peroxidbildung entsteht. Das meiste Wasserstoffperoxid wird jedoch während der ATP-Produktion in den Mitochondrien gebildet. Obwohl Wasserstoffperoxid für lebende Zellen toxisch ist, erfolgt die Reaktion, um es wieder in Wasser und Sauerstoff zu spalten, schnell und effektiv. Catalase ist bekannt als eines der effizientesten Enzyme mit einem Umsatz von etwa 200.000 Ereignissen / Sekunde / Untereinheit. Ohne Katalase zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit würde Wasserstoffperoxid verbleiben und die Zellen schädigen.
Faktoren, die die Wirksamkeit der Katalase beeinflussen
Die Katalase und ihre Aktivitätsrate werden durch verschiedene Faktoren verändert, einschließlich Temperatur, pH-Wert, Salzkonzentration, Substratmenge und Anwesenheit von Inhibitoren oder Aktivatoren. Die Temperatur ist ein wichtiger Faktor bei allen biochemischen Reaktionen, da hohe Temperaturen die Denaturierung der Enzyme verursachen können. Wenn das Enzym denaturiert wird, ändert es seine Konformation, wodurch das Substrat weniger effizient bindet und dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit abnimmt. Andererseits steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Temperatur, bis die Maximaltemperatur (die für jeden Katalasetyp unterschiedlich ist) erreicht wird. Der pH-Wert, das Maß für die Acidität oder die Konzentration von Wasserstoffionen in einer Lösung, wird auf einer Skala von 0 bis 14 gemessen. Wenn die Lösung saurer wird (unter 7), kann das Enzym ein Wasserstoffion aus der Lösung gewinnen und wenn die Lösung basischer wird (über 7), kann sie ein Wasserstoffion verlieren. Jedes dieser Extreme kann die Reaktionsgeschwindigkeit reduzieren, da sich die chemischen Bindungen der Katalase ändern. Es gibt zwei Arten von Inhibitoren: nicht kompetitive Inhibitoren, die an eine Stelle binden, die nicht die aktive Stelle ist, und kompetitive Inhibitoren, die an die aktive Stelle der Katalase binden. Kupfersulfat ist ein bekannter nicht kompetitiver Inhibitor der Katalase, und Cyanid ist als kompetitiver Inhibitor bekannt. Im Allgemeinen steigt mit zunehmender Menge an Wasserstoffperoxid auch die Reaktionsgeschwindigkeit. Die enzymatischen Reaktionen folgen jedoch der Michaelis-Menten-Gleichung, die besagt, dass jede Reaktion einen Sättigungspunkt erreichen wird, was bedeutet, dass bei einer maximalen Reaktionsgeschwindigkeit die Zugabe von mehr Substrat keine Wirkung mehr hat.
Andere Verwendungen von Katalase
Da Katalase in praktisch allen lebenden Organismen vorkommt, ist sie eines der am meisten untersuchten Enzyme. Dies führte dazu, dass die Wissenschaftler andere Funktionen für dieses effiziente Enzym fanden. Mit Catalase wird das Innere des Kunststoffs behandelt, um Lebensmittel zu verpacken. Es verhindert Oxidation und hilft somit, Lebensmittel zu schonen. Katalase wird auch während des Kaltsterilisationsverfahrens verwendet, bei dem Milch und Käse durch Behandlung mit Wasserstoffperoxid konserviert werden. Dieses Enzym wird verwendet, um verbleibende Spuren von Wasserstoffperoxid zu entfernen.