Peroksidāze ir viens no vairākiem enzīmiem, kas darbojas kā katalizators, ļaujot notikt dažādiem bioloģiskiem procesiem. Konkrēti, tie veicina dažādu savienojumu oksidēšanos, izmantojot dabā sastopamus peroksīdus, īpaši ūdeņraža peroksīdu (H2O2), kas tiek reducēti, veidojot ūdeni. Peroksīdi rodas kā dažādu bioķīmisku reakciju blakusprodukti organismos, taču tie var izraisīt bojājumus, jo tie ir oksidētāji. Peroksidāzes sadala šos savienojumus nekaitīgās vielās, pievienojot ūdeņradi, kas iegūts no citas molekulas, kas pazīstama kā donormolekula, reducēšanas-oksidācijas (redoks) reakcijā, kurā peroksīds tiek reducēts, veidojot ūdeni, bet otra molekula tiek oksidēta. Šo fermentu ir liels skaits, un tie ir atrodami augos un dzīvniekos, tostarp cilvēkos.
Struktūra un īpašības
Tāpat kā visi fermenti, peroksidāzes ir ļoti lielas, sarežģītas molekulas ar sarežģītām formām, kas ietver vairākas krokas. Tie ir dažādu veidu, no kuriem daži var izmantot dažādas donoru molekulas un samazināt dažādus peroksīdus, un daži no tiem ir daudz specifiskāki. Fermentiem ir “aktīvā vieta”, kas ir molekulas daļa, kurā notiek reakcija. Tas var atrasties viegli pieejamā molekulas daļā, vai arī tas var būt ielikts krokā, kur to var sasniegt tikai ar precīzi pareizās formas molekulu. Mārrutku peroksidāze (HRP) ir enzīma piemērs, kas var izmantot dažādas donoru molekulas un peroksīdus.
Loma bioloģiskajās sistēmās
Vairākas peroksidāzes ir atrodamas augos, kur tās var palīdzēt samazināt stresa faktoru vai kukaiņu kaitēkļu radītos bojājumus. Ja augi ir pakļauti stresam, piemēram, sausumam vai augstai temperatūrai, vai kaitēkļu uzbrukumiem, tas izraisa reaktīvo skābekļa sugu (ROS) izdalīšanos. Tie ir skābekļa veidi vai šī elementa savienojumi, tostarp ūdeņraža peroksīds, kurā skābeklis ir ļoti reaģējošs un var bojāt vai nogalināt šūnas. Tiek uzskatīts, ka peroksidāzes noņem ROS, palīdzot novērst bojājumus.
Cilvēkiem un citiem zīdītājiem šo enzīmu grupa, ko sauc par glutationiem, kas satur elementu selēnu, atrodas gan šūnās, gan ārpus tām. Dažas no tām katalizē reakcijas, kurās piedalās H2O2, savukārt citās izmanto lipīdu (tauku un eļļu) peroksīdu savienojumus. Šķiet, ka to galvenā loma ir novērst šos potenciāli kaitīgos oksidētājus. Peroksidāzes siekalās arī nodrošina redoksreakcijas starp H2O2 un ķīmiskām vielām, ko sauc par tiocianātiem, radot savienojumus, kas var iznīcināt potenciāli kaitīgus mikroorganismus. Vairogdziedzera peroksidāze atbrīvo jodu no barības vielām, veidojot būtiskus vairogdziedzera hormonus.
Viens neparasts šo fermentu lietojums notiek kukaiņu grupā, kas pazīstama kā bombardier vaboles. Tiem ir kamera, kurā ir ūdeņraža peroksīda un ķīmisko vielu maisījums, ko sauc par hidrohinoniem. Ja tas tiek apdraudēts, tie sajauc tos ar peroksidāzēm, kas katalizē redoksreakciju, kurā izdalās daudz siltuma, un iegūtais šķidrums tiek sprādzienbīstami izspiests 212 ° C (100 ° F) temperatūrā. Tas ir ļoti efektīvs veids, kā atturēt no plēsējiem.
Izmanto
Augu izcelsmes peroksidāžu, piemēram, no mārrutku saknes iegūto HRP, izpēte ir veicinājusi molekulārās bioloģijas un imūnhistoķīmijas, kas pazīstama arī kā histoķīmija, jomas. Pirmajā gadījumā HRP izmanto, lai noteiktu peroksidāzes antivielas, kas var liecināt par autoimūnu stāvokli, kas izraisa vairogdziedzera darbības traucējumus. To lieto arī glikozes līmeņa noteikšanai serumā vai urīnā. Kā patoloģijas diagnostikas rīks HRP spēj mērķēt un saistīties ar noteiktiem biomarķieriem, kas atrodami vēža šūnās, un radīt traipu reakciju, kad to ievada biopsijas paraugos. Papildus tam, ka HRP ir viegli pieejams un lēts, tas tiek uzskatīts par īpaši noderīgu šādos testos, jo tas ir ļoti stabils un gatavs reaģēt ar dažādām donoru molekulām.
vēsture
Šo enzīmu rakstura izpēti noteica franču barona un ķīmiķa Luija Žaka Tenāra eksperimenti par ūdeņraža peroksīda sadalīšanos 19. gadsimta vidū. Būdams pirmais, kas laboratorijā ražoja savienojumu, viņš vēlāk atklāja, ka daudzi dzīvnieku un augu materiāli var pārvērst to ūdenī un skābeklī un ka viens un tas pats materiāla paraugs to var izdarīt vairākas reizes. Tas bija ziņkārīgs, it kā tā būtu vienkārša ķīmiska reakcija starp peroksīdu un kaut ko organiskajā materiālā, tai vajadzētu apstāties, tiklīdz aktīvā viela ir izlietota. Tā rezultātā tika atklāti katalizatori — vielas, kas nodrošina ķīmisku reakciju, tajās faktiski nepiedaloties — un jo īpaši peroksidāzes.