PEROKSYDAZY: BUDOWA, FUNKCJE I RODZAJE - BIOLOGIA - 2024

W peroksydazy przeważnie hemoproteins wykazujące aktywność enzymatyczną do katalizowania utleniania różnych substratów organicznych i nieorganicznych, używając do tego nadtlenku wodoru lub innych niezwiązanych substancji.

W najszerszym znaczeniu termin „peroksydaza” obejmuje enzymy, takie jak peroksydazy NAD i NADP, peroksydazy kwasów tłuszczowych, peroksydazy cytochromu, peroksydazy glutationowe i wiele innych niespecyficznych enzymów.

Schemat zależnego od hemu białka peroksydazy (źródło: Jawahar Swaminathan i pracownicy MSD w Europejskim Instytucie Bioinformatyki za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Jednak jest on częściej używany w odniesieniu do niespecyficznych enzymów z różnych źródeł, które mają aktywność oksydoreduktazy i które wykorzystują nadtlenek wodoru i inne substraty do katalizowania swoich reakcji utleniania-redukcji.

Peroksydazy hemu są niezwykle powszechne w przyrodzie. Występują u zwierząt, wyższych roślin, drożdży, grzybów i bakterii.

U ssaków są one wytwarzane przez białe krwinki, macicę, śledzionę i wątrobę, ślinianki, ściany żołądka, płuca, tarczycę i inne tkanki.

W roślinach najbogatszymi w peroksydazy gatunkami roślin są chrzan i figi. Peroksydaza oczyszczona z chrzanu była szeroko badana i stosowana do różnych celów w biologii doświadczalnej i biochemii.

W komórkach eukariotycznych te ważne enzymy zwykle znajdują się w wyspecjalizowanych organellach zwanych „peroksysomami”, które są otoczone pojedynczą błoną i biorą udział w licznych komórkowych procesach metabolicznych.

Struktura

Pomimo niewielkiej homologii, jaka istnieje między różnymi klasami peroksydaz, ustalono, że ich struktura drugorzędowa i sposób, w jaki jest zorganizowana, są dość zachowane między różnymi gatunkami.

Są pewne wyjątki, ale większość peroksydaz to glikoproteiny i uważa się, że węglowodany przyczyniają się do ich stabilności w wysokiej temperaturze.

Białka te mają masy cząsteczkowe w zakresie od 35 do 150 kDa, co odpowiada około 250 i 730 resztom aminokwasów.

Z wyjątkiem mieloperoksydazy, wszystkie cząsteczki tego typu zawierają w swojej strukturze grupę hemową, która w stanie spoczynku ma atom żelaza na stopniu utlenienia Fe + 3. Rośliny posiadają grupę protetyczną znaną jako ferroporfiryna XI.

Peroksydazy mają dwie domeny strukturalne, które „otaczają” grupę hemu, a każda z tych domen jest produktem ekspresji genu, który przeszedł zdarzenie duplikacji. Struktury te składają się z ponad 10 helis alfa połączonych pętlami i zwojami polipeptydów.

Wydaje się, że prawidłowe fałdowanie cząsteczki zależy od obecności konserwatywnych reszt glicyny i proliny, a także reszty kwasu asparaginowego i reszty argininy, które tworzą między nimi most solny, łączący obie domeny strukturalne.

cechy

Główną funkcją enzymów peroksydaz jest usuwanie nadtlenku wodoru ze środowiska komórkowego, który może być wytwarzany przez różne mechanizmy i który może stanowić poważne zagrożenie dla stabilności wewnątrzkomórkowej.

Jednak w tym procesie usuwania reaktywnych form tlenu (w których tlen ma pośredni stopień utlenienia), peroksydazy wykorzystują zdolność utleniającą tej substancji do wypełniania innych ważnych funkcji metabolizmu.

U roślin białka te są ważną częścią procesów lignifikacji i mechanizmów obronnych w tkankach zakażonych patogenami lub które doznały uszkodzeń fizycznych.

W kontekście naukowym pojawiły się nowe zastosowania peroksydaz, które obejmują oczyszczanie ścieków zawierających związki fenolowe, syntezę związków aromatycznych oraz usuwanie nadtlenków z żywności lub odpadów.

Pod względem analitycznym i diagnostycznym peroksydaza chrzanowa jest prawdopodobnie najpowszechniej stosowanym enzymem do otrzymywania sprzężonych przeciwciał, które są wykorzystywane w immunologicznych testach absorpcji, takich jak ELISA (test immunoenzymatyczny), a także oznaczanie różnych typów związków.

Mechanizm akcji

Proces katalityczny peroksydaz zachodzi w kolejnych etapach, które rozpoczynają się od interakcji między miejscem aktywnym enzymu a nadtlenkiem wodoru, który utlenia atom żelaza w grupie hemu i generuje niestabilny związek pośredni znany jako związek I (CoI).

Utlenione białko (CoI) ma wtedy grupę hemu z atomem żelaza, który przeszedł ze stopnia utlenienia III do stopnia IV i w tym procesie nadtlenek wodoru został zredukowany do wody.

Związek I jest zdolny do utleniania substratu będącego donorem elektronów, tworzenia rodnika substratu i stania się nowym gatunkiem chemicznym znanym jako Związek II (CoII), który jest następnie redukowany przez drugą cząsteczkę substratu, regenerując żelazo w stan III i produkuje kolejny rodnik.

Rodzaje

-Zgodnie z treścią ciała

Peroksydazy są podzielone na trzy klasy w zależności od organizmu, w którym się znajdują:

- Klasa I: wewnątrzkomórkowe peroksydazy prokariotyczne.

- Klasa II: zewnątrzkomórkowe peroksydazy grzybowe.

- Klasa III: wydzielane peroksydazy roślinne.

W przeciwieństwie do białek klasy I, białka klasy II i III mają mostki dwusiarczkowe zbudowane między resztami cysteiny w swoich strukturach, co nadaje im znacznie większą sztywność.

Białka klasy II i III różnią się również od klasy I tym, że generalnie mają glikozylacje na swojej powierzchni.

-Zgodnie z aktywną witryną

Mówiąc mechanistycznie, peroksydazy można również podzielić na kategorie zgodnie z naturą atomów znajdujących się w ich centrum katalitycznym. W ten sposób opisano hemoperoksydazy (najczęściej), haloperoksydazy wanadu i inne.

Hemoperoksydazy

Jak już wspomniano, te peroksydazy mają w swoim centrum katalitycznym grupę prostetyczną znaną jako grupa hemu. Atom żelaza w tym miejscu jest koordynowany przez cztery wiązania z atomami azotu.

Haloperoksydazy wanadu

Zamiast grupy hemu, wanad-haloperoksydazy posiadają wanadan jako grupę protetyczną. Enzymy te zostały wyizolowane z organizmów morskich i niektórych grzybów lądowych.

Wanad w tej grupie jest koordynowany przez trzy niebiałkowe tlenki, azot z reszty histydynowej i azot z wiązania azydkowego.

Inne peroksydazy

Do tej grupy zalicza się wiele bakteryjnych haloperoksydaz, które mają grupy prostetyczne inne niż hem lub wanad. W tej grupie znajdują się również peroksydazy glutationowe, które zawierają seleno-cysteinę z grupy prostetycznej oraz niektóre enzymy zdolne do utleniania ligniny.

Bibliografia

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Podstawowa biologia komórki. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Banci, L. (1997). Właściwości strukturalne peroksydaz. Journal of Biotechnology, 53, 253-263.
3. Deurzen, MPJ Van, Rantwijk, F. Van i Sheldon, RA (1997). Selektywne utleniania katalizowane przez peroksydazy. Tetrahedron, 53 (39), 13183-13220.
4. Dunford, HB i Stillman, JS (1976). O funkcji i mechanizmie działania peroksydaz. Coordination Chemistry Reviews, 19, 187–251.
5. Hamid, M. i Rehman, K. (2009). Potencjalne zastosowania peroksydaz. Food Chemistry, 115 (4), 1177-1186.
6. Rawn, JD (1998). Biochemia. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
7. Stansfield, WD, Colomé, JS i Cano, RJ (2003). Biologia molekularna i komórkowa. (KE Cullen, red.). Książki elektroniczne McGraw-Hill.