O peroxidază este una dintre numeroasele enzime care acționează ca catalizatori pentru a permite o varietate de procese biologice să aibă loc. Mai exact, ele promovează oxidarea diferiților compuși folosind peroxizi naturali, în special peroxid de hidrogen (H2O2), care sunt reduse, formând apă. Peroxizii sunt creați ca produse secundare ale diferitelor reacții biochimice în cadrul organismelor, dar pot provoca daune deoarece sunt agenți oxidanți. Peroxidazele descompun acești compuși în substanțe inofensive prin adăugarea de hidrogen, obținut dintr-o altă moleculă – cunoscută ca moleculă donor – într-o reacție de reducere-oxidare (redox) în care peroxidul este redus pentru a forma apă, iar cealaltă moleculă este oxidată. Există un număr mare de aceste enzime și se găsesc în plante și animale, inclusiv în oameni.
Structură și proprietăți
Ca toate enzimele, peroxidazele sunt molecule foarte mari, complexe, cu forme complicate care implică mai multe pliuri. Ele vin într-o varietate de tipuri, dintre care unele pot folosi o mare varietate de molecule donatoare și reduc o gamă largă de peroxizi, iar unele dintre ele sunt mult mai specifice. Enzimele au un „situs activ”, care este partea moleculei în care are loc reacția. Acesta poate fi într-o parte ușor accesibilă a moleculei sau poate fi ascuns într-un pliu, unde poate fi atins doar de o moleculă cu forma exactă. Peroxidaza de hrean (HRP) este un exemplu de enzimă care poate folosi o mare varietate de molecule donatoare și peroxizi.
Rolul în sistemele biologice
O serie de peroxidaze se găsesc în plante, unde pot ajuta la minimizarea daunelor cauzate de factorii de stres sau dăunătorii insectelor. Atunci când plantele sunt supuse stresului – cum ar fi seceta sau temperaturile ridicate – sau la atacul dăunătorilor, acest lucru tinde să ducă la eliberarea de specii reactive de oxigen (ROS). Acestea sunt forme de oxigen sau compuși ai acestui element, inclusiv peroxidul de hidrogen, în care oxigenul este foarte reactiv și poate deteriora sau ucide celulele. Se crede că peroxidazele elimină ROS, ajutând la prevenirea daunelor.
La oameni și la alte mamifere, un grup de aceste enzime numite glutation, care conțin elementul seleniu, se găsesc atât în interiorul, cât și în exteriorul celulelor. Unele dintre acestea catalizează reacții care implică H2O2, în timp ce altele folosesc compuși peroxidici ai lipidelor (grăsimi și uleiuri). Rolul lor principal pare să fie de a elimina acești agenți oxidanți potențial dăunători. Peroxidazele din salivă permit, de asemenea, reacții redox între H2O2 și substanțele chimice numite tiocianați, producând compuși care pot ucide microorganismele potențial dăunătoare. Peroxidaza tiroidiană eliberează iod din nutrienți pentru a forma hormoni tiroidieni esențiali.
O utilizare neobișnuită a acestor enzime are loc într-un grup de insecte cunoscute sub numele de gândaci bombardier. Au o cameră care conține un amestec de peroxid de hidrogen și substanțe chimice numite hidrochinone. Când sunt amenințați, acestea le amestecă cu peroxidaze, care catalizează o reacție redox în care se eliberează multă căldură, lichidul rezultat fiind ejectat exploziv la 212 ° F (100 ° C). Este o modalitate foarte eficientă de a descuraja prădătorii.
Utilizeaza
Studiul peroxidazelor pe bază de plante, cum ar fi HRP derivat din rădăcina de hrean, a promovat domeniile biologiei moleculare și imunohistochimiei, cunoscute și sub numele de histochimie. În primul, HRP este utilizat pentru a detecta anticorpii peroxidază care pot indica o afecțiune autoimună care cauzează probleme cu tiroida. Este, de asemenea, utilizat pentru a măsura nivelul de glucoză în ser sau urină. Ca instrument de diagnostic în patologie, HRP are capacitatea de a viza și de a se lega de anumiți biomarkeri găsiți în celulele canceroase și de a produce o reacție de colorare atunci când este introdus în probele de biopsie. Pe lângă faptul că este ușor disponibil și ieftin de obținut, HRP este considerat deosebit de util pentru astfel de teste datorită faptului că este foarte stabil și deschis la reacția cu o varietate de molecule donatoare.
Istorie
Investigarea naturii acestor enzime a fost condusă de experimente privind descompunerea peroxidului de hidrogen de către baronul și chimistul francez Louis Jacques Thénard la mijlocul secolului al XIX-lea. Fiind primul care a produs compusul într-un laborator, el a descoperit mai târziu că multe materiale animale și vegetale l-ar putea transforma în apă și oxigen și că aceeași probă de material ar putea face acest lucru de mai multe ori. Acest lucru a fost curios, de parcă ar fi fost o simplă reacție chimică între peroxid și ceva din materialul organic, ar trebui să se oprească odată ce agentul activ a fost consumat. Acest lucru a condus la descoperirea catalizatorilor – substanțe care permit o reacție chimică fără a participa efectiv la ea – și, în special, a peroxidazelor.