Μια υπεροξειδάση είναι ένα από έναν αριθμό ενζύμων που δρουν ως καταλύτες για να επιτρέψουν να πραγματοποιηθούν ποικίλες βιολογικές διεργασίες. Συγκεκριμένα, προάγουν την οξείδωση διαφόρων ενώσεων χρησιμοποιώντας φυσικώς απαντώμενα υπεροξείδια, ιδιαίτερα το υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2), τα οποία ανάγεται, σχηματίζοντας νερό. Τα υπεροξείδια δημιουργούνται ως υποπροϊόντα διαφόρων βιοχημικών αντιδράσεων εντός των οργανισμών, αλλά μπορούν να προκαλέσουν βλάβη καθώς είναι οξειδωτικοί παράγοντες. Οι υπεροξειδάσες διασπούν αυτές τις ενώσεις σε αβλαβείς ουσίες προσθέτοντας υδρογόνο, που λαμβάνεται από ένα άλλο μόριο – γνωστό ως μόριο δότη – σε μια αντίδραση αναγωγής-οξείδωσης (οξειδοαναγωγής) στην οποία το υπεροξείδιο ανάγεται για να σχηματίσει νερό και το άλλο μόριο οξειδώνεται. Υπάρχει μεγάλος αριθμός αυτών των ενζύμων και βρίσκονται σε φυτά και ζώα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.
Δομή και ιδιότητες
Όπως όλα τα ένζυμα, οι υπεροξειδάσες είναι πολύ μεγάλα, πολύπλοκα μόρια με περίπλοκα σχήματα που περιλαμβάνουν πολλαπλές πτυχές. Κυκλοφορούν σε διάφορους τύπους, ορισμένοι από τους οποίους μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια μεγάλη ποικιλία μορίων δότη και να μειώσουν ένα ευρύ φάσμα υπεροξειδίων, και μερικά από τα οποία είναι πολύ πιο συγκεκριμένα. Τα ένζυμα έχουν μια «ενεργή θέση», η οποία είναι το μέρος του μορίου όπου λαμβάνει χώρα η αντίδραση. Αυτό μπορεί να βρίσκεται σε ένα εύκολα προσβάσιμο μέρος του μορίου ή μπορεί να είναι κρυμμένο σε μια πτυχή, όπου μπορεί να επιτευχθεί μόνο από ένα μόριο με ακριβώς το σωστό σχήμα. Η υπεροξειδάση του χρένου (HRP) είναι ένα παράδειγμα ενζύμου που μπορεί να χρησιμοποιήσει μια μεγάλη ποικιλία μορίων δότη και υπεροξειδίων.
Ρόλος στα Βιολογικά Συστήματα
Ένας αριθμός υπεροξειδασών βρίσκεται στα φυτά, όπου μπορούν να βοηθήσουν στην ελαχιστοποίηση της ζημιάς που προκαλείται από παράγοντες στρες ή έντομα. Όταν τα φυτά υπόκεινται σε στρες — όπως ξηρασία ή υψηλές θερμοκρασίες — ή σε επιθέσεις από παράσιτα, αυτό τείνει να έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση ενεργών ειδών οξυγόνου (ROS). Αυτές είναι μορφές οξυγόνου ή ενώσεις αυτού του στοιχείου, συμπεριλαμβανομένου του υπεροξειδίου του υδρογόνου, στις οποίες το οξυγόνο είναι πολύ αντιδραστικό και μπορεί να βλάψει ή να σκοτώσει τα κύτταρα. Θεωρείται ότι οι υπεροξειδάσες αφαιρούν τα ROS, βοηθώντας στην πρόληψη της βλάβης.
Στον άνθρωπο και σε άλλα θηλαστικά, μια ομάδα από αυτά τα ένζυμα που ονομάζονται γλουταθειόνες, τα οποία περιέχουν το στοιχείο σελήνιο, βρίσκονται τόσο εντός όσο και εκτός των κυττάρων. Ορισμένες από αυτές καταλύουν αντιδράσεις που περιλαμβάνουν H2O2, ενώ άλλες χρησιμοποιούν ενώσεις υπεροξειδίου των λιπιδίων (λίπη και έλαια). Ο κύριος ρόλος τους φαίνεται να είναι η αφαίρεση αυτών των δυνητικά επιβλαβών οξειδωτικών παραγόντων. Οι υπεροξειδάσες στο σάλιο επιτρέπουν επίσης αντιδράσεις οξειδοαναγωγής μεταξύ του H2O2 και των χημικών ουσιών που ονομάζονται θειοκυανικά, παράγοντας ενώσεις που μπορούν να σκοτώσουν δυνητικά επιβλαβείς μικροοργανισμούς. Η υπεροξειδάση του θυρεοειδούς απελευθερώνει ιώδιο από τα θρεπτικά συστατικά για να σχηματίσει βασικές θυρεοειδικές ορμόνες.
Μια ασυνήθιστη χρήση αυτών των ενζύμων εμφανίζεται σε μια ομάδα εντόμων που είναι γνωστά ως βομβαρδιστικά σκαθάρια. Έχουν ένα θάλαμο που περιέχει ένα μείγμα υπεροξειδίου του υδρογόνου και χημικών ουσιών που ονομάζονται υδροκινόνες. Όταν απειλούνται, τα αναμιγνύουν με υπεροξειδάσες, οι οποίες καταλύουν μια αντίδραση οξειδοαναγωγής στην οποία απελευθερώνεται πολλή θερμότητα, με το προκύπτον υγρό να εκτοξεύεται εκρηκτικά στους 212°F (100°C). Είναι ένας πολύ αποτελεσματικός τρόπος αποτροπής των αρπακτικών.
μπορείτε να χρησιμοποιήσετε
Η μελέτη των φυτικών υπεροξειδασών, όπως το HRP που προέρχεται από τη ρίζα του χρένου, έχει προωθήσει τα πεδία της μοριακής βιολογίας και της ανοσοϊστοχημείας, επίσης γνωστά ως ιστοχημεία. Στο πρώτο, το HRP χρησιμοποιείται για την ανίχνευση αντισωμάτων υπεροξειδάσης που μπορεί να υποδηλώνουν μια αυτοάνοση κατάσταση που προκαλεί προβλήματα θυρεοειδούς. Χρησιμοποιείται επίσης για τη μέτρηση των επιπέδων γλυκόζης στον ορό ή στα ούρα. Ως διαγνωστικό εργαλείο στην παθολογία, το HRP έχει την ικανότητα να στοχεύει και να δεσμεύεται σε ορισμένους βιοδείκτες που βρίσκονται σε καρκινικά κύτταρα και να παράγει μια αντίδραση λεκέδων όταν εισάγεται σε δείγματα βιοψίας. Εκτός από το ότι είναι άμεσα διαθέσιμο και φθηνό στην απόκτηση, το HRP θεωρείται ιδιαίτερα χρήσιμο για τέτοιες δοκιμές λόγω του ότι είναι εξαιρετικά σταθερό και ανοιχτό στην αντίδραση με μια ποικιλία μορίων δότη.
Η Ιστορία Μας
Η έρευνα για τη φύση αυτών των ενζύμων καθοδηγήθηκε από πειράματα για την αποσύνθεση του υπεροξειδίου του υδρογόνου από τον Γάλλο βαρόνο και χημικό Louis Jacques Thénard στα μέσα του 19ου αιώνα. Έχοντας γίνει ο πρώτος που παρήγαγε την ένωση σε εργαστήριο, αργότερα διαπίστωσε ότι πολλά ζωικά και φυτικά υλικά μπορούσαν να τη μετατρέψουν σε νερό και οξυγόνο και ότι το ίδιο δείγμα υλικού μπορούσε να το κάνει πολλές φορές. Αυτό ήταν περίεργο, καθώς αν επρόκειτο για μια απλή χημική αντίδραση μεταξύ του υπεροξειδίου και κάποιου στοιχείου στο οργανικό υλικό, θα έπρεπε να σταματήσει μόλις εξαντληθεί η δραστική ουσία. Αυτό οδήγησε στην ανακάλυψη καταλυτών – ουσιών που επιτρέπουν μια χημική αντίδραση χωρίς να συμμετέχουν πραγματικά σε αυτήν – και, συγκεκριμένα, υπεροξειδασών.