Anhidraza carbonică este o proteină care ajută la reglarea echilibrului acido-bazic și a pH-ului din sânge și din alte țesuturi animale. Este cunoscut în primul rând pentru rolul său în transformarea dioxidului de carbon în bicarbonat pentru a fi transportat la plămâni. Această proteină este prezentă în majoritatea organismelor, de la bacterii la plante. De asemenea, este de interes farmaceutic, mai multe medicamente fiind inhibitori ai activității sale.
Dioxidul de carbon (CO2) este produs din respirația aerobă și din descompunerea grăsimilor. Este îndepărtat din organism prin expirație din plămâni. Dioxidul de carbon produs în organism trebuie să fie transportat prin sânge pentru a ajunge la plămâni. Se transportă sub mai multe forme, în primul rând sub formă de bicarbonat, HCO3-. Bicarbonatul este CO2- cu o grupare OH atașată. Când bicarbonatul ajunge în plămâni, este transformat înapoi în dioxid de carbon, astfel încât poate fi expirat din organism.
Anhidraza carbonică transformă dioxidul de carbon în bicarbonat într-o reacție reversibilă, în principal în celulele roșii din sânge. Această reacție se poate întâmpla spontan, dar ritmul este mult prea lent pentru nevoile organismului. Fiind o enzimă, anhidraza carbonică accelerează dramatic viteza de reacție. Este una dintre cele mai rapide enzime cunoscute. Această reacție prinde bicarbonatul în celule, deoarece nu poate difuza în interiorul și în afara celulelor, precum poate dioxidul de carbon.
Anhidraza carbonică are o moleculă de zinc la locul său activ și face parte dintr-o clasă de enzime cunoscute sub numele de metaloenzime. Acesta este o parte din motivul pentru care oamenii au nevoie de zinc în dieta lor. Mecanismul anhidrazei carbonice implică legarea unei molecule de apă de atomul de zinc. O grupare OH se leagă apoi de atomul de carbon al CO2, rezultând un ion de bicarbonat. Aceasta este urmată de eliberarea de H+, un proton.
Există o serie de anhidraze carbonice diferite care se găsesc în diferite organisme. Există cinci clase cunoscute care par să fi evoluat independent. Una dintre clase este clasa alfa care cuprinde cel puțin 14 forme de enzime umane. Proprietățile lor variază în funcție de compartimentul celular sau țesutul în care se află.
Multe dintre forme sunt extracelulare sau legate de membrană. Acest lucru poate ajuta la îmbunătățirea difuziei dioxidului de carbon și a protonilor în interiorul celulei. Anhidraza carbonică poate perturba gradienții de pH intracelular prin creșterea mișcării protonilor. Acest lucru poate ajuta celula să mențină un pH celular constant. Excesul de protoni intracelulari poate interfera cu multe reacții celulare.
Rolul anhidrazei carbonice variază în diferite țesuturi. În stomac, este implicat în secreția de acid gastric, în timp ce menține saliva neutră. De asemenea, influențează conținutul de apă al celulelor din ochi și rinichi. Dacă anhidrazele carbonice din aceste locații sunt absente sau nu funcționează corespunzător, acest lucru poate duce la boli. De exemplu, dacă se acumulează prea mult lichid în ochi, poate duce la glaucom.
Mai mulți inhibitori de anhidrază carbonică sunt utilizați comercial ca medicamente farmaceutice, în primul rând pentru controlul glaucomului. Cel mai frecvent inhibitor utilizat este acetazolamida. De asemenea, este utilizat pentru a trata epilepsia și răul de înălțime, împreună cu alte câteva afecțiuni.
La plante, dioxidul de carbon din aer este transformat în zahăr în prezența luminii solare prin procesul de fotosinteză. Excesul de dioxid de carbon este stocat în plantă sub formă de bicarbonat. Plantele folosesc anhidraza carbonică pentru a converti bicarbonatul înapoi în dioxid de carbon, astfel încât să poată fi folosit în fotosinteză.