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過氧化氫酶
催化過氧化氫分解成氧和水的酶
基本信息
| 中文名 | 過氧化氫酶 |
| 外文名 | CATALASE FROM MICROCOCCUS LYSODEIKTICUS |
| 別名 | 自溶血性鏈球菌分離的過氧化氫酶 |
| 應(yīng)用 | 食品、紡織等 |
| 發(fā)現(xiàn)者 |
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簡介
過氧化氫(H2O2)即人們熟知的雙氧水，比水(H2O)多了一個氧原子(0),這個氧原子極不穩(wěn)定，總想從別的物質(zhì)分子中再奪取一個氧原子，形成O2。平時我們用雙氧水殺菌消毒，就是因為細菌遭到H2O2的破壞而死亡，消毒時起泡是產(chǎn)生氧氣的結(jié)果。然而，過氧化氫可穿透大部分細胞膜，因此它比超氧陰離子自由基(不能穿透細胞膜)具有更強的細胞毒性，穿透細胞膜后可與細胞內(nèi)的鐵發(fā)生反應(yīng)生成羥基自由基。過氧化氫酶(CAT)是抗氧化酵素系統(tǒng)的重要一員，又被稱為觸酶，是以鐵卟啉為輔基的結(jié)合酶。SOD酵素將氧自由基歧化后生成過氧化氫(H2O2)和氧氣(O2),過氧化氫在體內(nèi)仍然是具有氧化劑毒性的物質(zhì)，過氧化氫酶的作用就是促使過氧化氫分解為分子氧和水，使細胞免于遭受H2O2的毒害。CAT作用于過氧化氫的機理實質(zhì)上是過氧化氫的岐化，必須有兩個H2O2分子先后與CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能發(fā)生反應(yīng)。H2O2濃度越高，分解速度越快幾乎所有的生理機體，都存在過氧化氫酶。其普遍存在于能呼吸的生物體內(nèi)，主要存在于植物的葉綠體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)以及動物的肝和紅細胞中其酶促活性為機體提供了抗氧化防御機理。過氧化氫酶的生物功能是在細胞中促進過氧化氫分解，使其不會進一步產(chǎn)生毒性很大的氫氧自由基，從而保護抗氧化酵素系統(tǒng)的功能作用，對于人體的生長發(fā)育和代謝活動亦具有重要意義。
閻世英編著，酵素決定健康，中國醫(yī)藥科技出版社,2015.12
過氧化氫酶的作用是使過氧化氫還原成水： 2H2O2=O2↑+ 2H2O
過氧化氫酶
中文名稱：過氧化氫酶
英文別名:Fungal catalase; catalase from bovine liver; catalase F. bov. liv.,cryst.susp. in H2O; Catalase from microorganisms; catalse from bovine liver; catalase from human erythrocytes; catalase from dog liver; catalase from mouse liver; catalase from bison liver; Catalase (bovine liver); Catalase, Human Erythrocytes; Catalase Aspergillus niger; Catalase from Corynebacterium glutamicum; Catalase Micrococcus lysodeikticus; Catalase
CAS:9001-05-2
過氧化氫酶
EINECS:232-577-1
EC 1.11.1.6
觸酶
過氧化氫酶（CAT）是一種酶類清除劑，又稱為觸酶，是以鐵卟啉為輔基的結(jié)合酶。它可促使H2O2分解為分子氧和水，清除體內(nèi)的過氧化氫，從而使細胞免于遭受H2O2的毒害，是生物防御體系的關(guān)鍵酶之一。CAT作用于過氧化氫的機理實質(zhì)上是H2O2的歧化，必須有兩個H2O2先后與CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能發(fā)生反應(yīng)。H2O2濃度越高，分解速度越快。
分解酶
這是一種穩(wěn)定的過氧化氫分解酶，能將過氧化氫分解成水和氧氣，而對纖維和染料沒有影響，因而漂白后染色前，通過H2O2 分解酶去除漂白織物上和染缸中殘留的過氧化氫，以避免纖維的進一步氧化和染色時染料的氧化。同時能縮短加工時間，減少水洗用水，降低廢水量。尤其對紗線、筒子紗和針織物更為適用。同樣，過氧化氫分解酶隨pH 值和溫度的改變，其活力隨之變化，在pH7 左右和30～40 ℃活性最大。過氧化氫濃度增大，會加快分解反應(yīng)速度，但必須注意當濃度大于一定量時，酶的作用將減弱，這樣過多地殘留H2O2 對纖維和染料是不利的。所以不能因為有了H2O2 分解酶，就能任意地加大H2O2 的用量。使用時，通常要注意H2O2 分解酶對常用表面活性劑和H2O2 穩(wěn)定劑的相容性，實際生產(chǎn)應(yīng)用pH為6～8，溫度20～55 ℃，每用量5～10KCLU/ 升，時間10～20min。此技術(shù)已慢慢地被國內(nèi)所認識和接受，它對提高活性染料色澤鮮艷度很有利。
來源
幾乎所有的生物機體都存在過氧化氫酶。其普遍存在于能呼吸的生物體內(nèi)，主要存在于植物的葉綠體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、動物的肝和紅細胞中，其酶促活性為機體提供了抗氧化防御機理。
CAT是紅血素酶，不同的來源有不同的結(jié)構(gòu)。在不同的組織中其活性水平高低不同。過氧化氫在肝臟中分解速度比在腦或心臟等器官快，就是因為肝中的CAT含量水平高。
反應(yīng)機制
雖然過氧化氫酶完整的催化機制還沒有完全被了解，但其催化過程被認為分為兩步：
H2O2 + Fe(III)-E → H2O + O=Fe(IV)-E(.+)
H2O2 + O=Fe(IV)-E(.+) → H2O + Fe(III)-E + O2[12]
其中，“Fe()-E”表示結(jié)合在酶上的血紅素基團（E）的中心鐵原子（Fe）。Fe(IV)-E(.+）為Fe(V)-E的一種共振形式，即鐵原子并沒有完全氧化到+V價，而是從血紅素上接受了一些“支持電子”。因而，反應(yīng)式中的血紅素也就表示為自由基陽離子（.+).
過氧化氫進入活性位點并與酶147位上的天冬酰胺殘基（Asn147）和74位上的組氨酸殘基（His74）相互作用，使得一個質(zhì)子在氧原子間互相傳遞。自由的氧原子配位結(jié)合，生成水分子和Fe(IV)=O。Fe(IV)=O與第二個過氧化氫分子反應(yīng)重新形成Fe(III)-E，并生成水分子和氧氣。[12]活性中心鐵原子的反應(yīng)活性可能由于357位上酪氨酸殘基（Tyr357）的苯酚基側(cè)鏈的存在（幫助Fe(III）氧化為Fe(IV））而得以提高。反應(yīng)的效率可能是通過His74和Asn147與反應(yīng)中間體作用而得以提高。[12]該反應(yīng)的速率通常可以通過米氏方程來確定。[2]
H2O2 + H2R → 2H2O + R
同樣，具體的反應(yīng)機制還不清楚。
處于過氧化狀態(tài)的過氧化氫酶中間體的三維結(jié)構(gòu)已經(jīng)獲得解析，可以在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中檢索到。
檢測
進行中的過氧化氫酶檢測，可以觀察到氣泡。
過氧化氫酶檢測是微生物學家鑒定細菌種類的主要的三種檢測手段之一，即用過氧化氫來檢測過氧化氫酶是否存在。假如細菌中含有過氧化氫酶，則在過氧化氫溶液中加入少量細菌提取物就能觀察到氧氣氣泡生成。
有氣泡生成，則該菌被認為是呈“過氧化氫酶陽性”。如staphylococcus和micrococcus。沒有，則該菌被認為是呈“過氧化氫酶陰性”。如streptococcus和enterococcus。雖然過氧化氫酶檢測無法鑒定特定生物體，但與其他檢測方法結(jié)合，它可以有效地幫助診斷。
此外細菌中是否存在過氧化氫酶，還取決于細胞生長條件和所使用的培養(yǎng)基。
分布
過氧化氫酶存在于所有已知的動物的各個組織中，特別在肝臟中以高濃度存在。在投彈手甲蟲（bombardier beetle）中，過氧化氫酶具有獨特用途。這種甲蟲具有兩套分開儲存于腺體中的化學物。大的腺體中儲存著對苯二酚和過氧化氫，而小的腺體中儲存著過氧化氫酶和辣根過氧化物酶。當甲蟲將兩個腺體中的化學物質(zhì)混合在一起時，就會釋放出氧氣，而氧氣既可以氧化對苯二酚又可以作為助推劑。
過氧化氫酶也普遍存在于植物中，但不包括真菌，雖然有些真菌被發(fā)現(xiàn)在低pH值和溫暖的環(huán)境下能夠產(chǎn)生該酶。
絕大多數(shù)需氧微生物都含有過氧化氫酶[4]。例外包括Streptococcus，一種沒有過氧化氫酶的需氧細菌。部分厭氧微生物，如Methanosarcina barkeri，也含有過氧化氫酶。
應(yīng)用
功能
功能概述
過氧化氫是一種代謝過程中產(chǎn)生的廢物，它能夠?qū)C體造成損害。為了避免這種損害，過氧化氫必須被快速地轉(zhuǎn)化為其他無害或毒性較小的物質(zhì)。而過氧化氫酶就是常常被細胞用來催化過氧化氫分解的工具。
但過氧化氫酶真正的生物學重要性并不是如此簡單：研究者發(fā)現(xiàn)基因工程改造后的過氧化氫酶缺失的小鼠依然為正常表現(xiàn)型，這就表明過氧化氫酶只是在一些特定條件下才對動物是必不可少的。
一些人群體內(nèi)的過氧化氫酶水平非常低，但也不顯示出明顯的病理反應(yīng)。這很有可能是因為正常哺乳動物細胞內(nèi)主要的過氧化氫清除劑是過氧化物還原酶（peroxiredoxin），而不是過氧化氫酶。
歷史
疾病
過氧化物酶體異常（peroxisomal disorder）過氧化物酶缺乏癥（acatalasia）是由過氧化氫酶功能缺陷所造成的。
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