Katalasenzymet är en av de mest effektiva enzymerna, eftersom varje enzym kan utföra nästan 800.000 katalytiska händelser per sekund. Katalas skyddar celler från väteperoxid (H2O2) molekyler genom att omvandla dem till syre (O2) och vatten (H2O). H2O2 kan skada DNA. Katalas bildas av fyra enskilda delar, eller monomerer, som sätter in i ett hantelformat enzym. Varje monomer har ett katalytiskt centrum som innehåller en heme-molekyl som binder syre. Varje monomer binder också en molekyl NADPH, som skyddar enzymet från de skadliga effekterna av H2O2. Katalas fungerar bäst vid ett pH av 7 och är mycket rikligt i peroxisomer, vilket är påsarna i en cell som bryter ner giftiga molekyler.

Alla fyra och en för alla

Catalase är ett fyrdelat enzym, eller en tetramer. Fyra monomerer slingrar runt varandra för att bilda ett hantelformat enzym. Varje monomer har fyra domäner, eller delar - som kroppsdelar som gör olika saker. Den andra domänen är den som innehåller hemgruppen. Den tredje domänen är känd som omslutningsdomänen, där var de fyra monomererna slingrar runt varandra för att bilda en tetramer. Många saltbroar eller joniska interaktioner mellan positivt och negativt laddade aminosyrasidokedjor håller de fyra monomererna tillsammans. Monomererna väver runt varandra, vilket gör tetramer-enzymet väldigt stabilt.

Det bär verktyg

Varje monomer av katalastetramer innehåller en heme-grupp. Heme-grupper är skivformade molekyler som har en järnatom i mitten, vilket binder syre. Hemmet begravdes i mitten av katalytisk domän för varje monomer. Varje katalasmonomer binder också en NADPH-molekyl, men vid dess yta. NADPH är där för att skydda enzymet från H2O2 som det måste katalysera. En H2O2-molekyl kan bli en superoxidmolekyl, som är två syreatomer bundna till varandra, med en av dem som har en extra elektron som är mycket reaktiv - vilket betyder att den kan interagera med elektronerna i kemiska bindningar på andra molekyler och bryta de bindningarna .

Det är så snabbt.

Syreradikaler, som H2O2, produceras genom normala cellulära processer. Eftersom de är farliga för cellen måste de omvandlas till godartade molekyler. Katalas är en av de snabbaste enzymerna som är kända. Varje monomer i katalastetrameren kan utföra nästan 200 000 katalytiska händelser per sekund. Eftersom en tetramer har fyra monomerer kan varje katalasenzym göra nästan 800 000 katalytiska händelser per sekund. Catalase behöver denna nivå av effektivitet eftersom H2O2 är farlig för cellen. Katalas enzymer ackumuleras i påsar som kallas peroxisomer i en cell. Peroxisomer är vesiklar som bryter ned molekyler som är giftiga för cellen, inklusive syreradikaler som H2O2.

Neutral pH

Forskare har studerat aktiviteten av katalas vid ett pH av 7,4 och vid 25 grader Celsius (77 grader Fahrenheit). Det optimala pH-värdet för katalas är omkring 7, så ett sätt att forskare stoppar katalasaktiviteten i ett provrör är att ändra pH genom att lägga till en stark syra eller stark bas. Inom cellen ackumuleras katalas i peroxisomer, vilka har varierande pH när de mäts i olika celler. Tidningen "IUBMB Life" rapporterade att peroxisomer har visat sig ha pH-värden som sträcker sig från 5,8-6,0, 6,9-7,1 och 8,2. Således kan olika peroxisomer innehålla olika mängder katalas, eller kan aktivera eller avaktivera katalasen beroende på hur de reglerar deras interna pH-nivå.