Η ανθρακική ανυδράση είναι μια πρωτεΐνη που βοηθά στη ρύθμιση της ισορροπίας οξέος-βάσης και του pH στο αίμα και σε άλλους ιστούς των ζώων. Είναι κυρίως γνωστό για το ρόλο του στη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε διττανθρακικό για μεταφορά στους πνεύμονες. Αυτή η πρωτεΐνη υπάρχει στους περισσότερους οργανισμούς, από βακτήρια έως φυτά. Έχει επίσης φαρμακευτικό ενδιαφέρον, με αρκετά φάρμακα να είναι αναστολείς της δραστηριότητάς του.
Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) παράγεται από την αερόβια αναπνοή και τη διάσπαση των λιπών. Αφαιρείται από το σώμα με εκπνοή από τους πνεύμονες. Το διοξείδιο του άνθρακα που παράγεται σε όλο το σώμα πρέπει να μεταφερθεί μέσω του αίματος για να φτάσει στους πνεύμονες. Μεταφέρεται σε διάφορες μορφές, κυρίως ως διττανθρακικό, HCO3-. Το διττανθρακικό είναι CO2- με μια ομάδα OH προσαρτημένη. Όταν το διττανθρακικό φθάνει στους πνεύμονες, μετατρέπεται ξανά σε διοξείδιο του άνθρακα, ώστε να μπορεί να εκπνευθεί από το σώμα.
Η ανθρακική ανυδράση μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα σε διττανθρακικό σε μια αναστρέψιμη αντίδραση, κυρίως στα ερυθρά αιμοσφαίρια. Αυτή η αντίδραση μπορεί να συμβεί αυθόρμητα, αλλά ο ρυθμός είναι πολύ αργός για τις ανάγκες του σώματος. Όντας ένα ένζυμο, η ανθρακική ανυδράση επιταχύνει τον ρυθμό αντίδρασης δραματικά. Είναι ένα από τα ταχύτερα γνωστά ένζυμα. Αυτή η αντίδραση παγιδεύει το διττανθρακικό στα κύτταρα, αφού δεν μπορεί να διαχυθεί μέσα και έξω από τα κύτταρα όπως μπορεί το διοξείδιο του άνθρακα.
Η ανθρακική ανυδράση έχει ένα μόριο ψευδαργύρου στη δραστική της θέση και είναι μέρος μιας κατηγορίας ενζύμων γνωστών ως μεταλλοένζυμα. Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο οι άνθρωποι απαιτούν ψευδάργυρο στη διατροφή τους. Ο μηχανισμός ανθρακικής ανυδράσης περιλαμβάνει ένα μόριο νερού που συνδέεται με το άτομο ψευδαργύρου. Μια ομάδα ΟΗ στη συνέχεια συνδέεται με το άτομο άνθρακα του CO2, με αποτέλεσμα ένα διττανθρακικό ιόν. Ακολουθεί η απελευθέρωση του H+, ενός πρωτονίου.
Υπάρχει ένας αριθμός διαφορετικών ανθρακικών ανυδράσεων που βρίσκονται σε διαφορετικούς οργανισμούς. Υπάρχουν πέντε γνωστές κλάσεις που φαίνεται να έχουν εξελιχθεί ανεξάρτητα. Μία από τις κατηγορίες είναι η κατηγορία άλφα που περιλαμβάνει τουλάχιστον 14 μορφές ανθρώπινων ενζύμων. Οι ιδιότητές τους ποικίλλουν ανάλογα με το κυτταρικό διαμέρισμα ή τον ιστό στον οποίο βρίσκονται.
Πολλές από τις μορφές είναι εξωκυτταρικές ή συνδεδεμένες με μεμβράνη. Αυτό μπορεί να βοηθήσει στη βελτίωση της διάχυσης διοξειδίου του άνθρακα και πρωτονίων μέσα στο κύτταρο. Η ανθρακική ανυδράση μπορεί να διαταράξει τις ενδοκυτταρικές διαβαθμίσεις του pH αυξάνοντας την κίνηση των πρωτονίων. Αυτό μπορεί να βοηθήσει το κύτταρο να διατηρήσει ένα σταθερό κυτταρικό pH. Η περίσσεια ενδοκυτταρικών πρωτονίων μπορεί να επηρεάσει πολλές κυτταρικές αντιδράσεις.
Ο ρόλος της ανθρακικής ανυδράσης ποικίλλει σε διαφορετικούς ιστούς. Στο στομάχι, εμπλέκεται στην έκκριση οξέος στο στομάχι, ενώ διατηρεί το σάλιο ουδέτερο. Επηρεάζει επίσης την περιεκτικότητα σε νερό των κυττάρων στα μάτια και τα νεφρά. Εάν οι ανθρακικές ανυδράσες σε αυτές τις θέσεις απουσιάζουν ή δεν λειτουργούν σωστά, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ασθένεια. Για παράδειγμα, εάν συσσωρευτεί πολύ υγρό στο μάτι, μπορεί να οδηγήσει σε γλαύκωμα.
Αρκετοί αναστολείς καρβονικής ανυδράσης χρησιμοποιούνται εμπορικά ως φαρμακευτικά φάρμακα, κυρίως για τον έλεγχο του γλαυκώματος. Ο πιο συνηθισμένος αναστολέας που χρησιμοποιείται είναι η ακεταζολαμίδη. Χρησιμοποιείται επίσης για τη θεραπεία της επιληψίας και της ασθένειας σε υψόμετρο, μαζί με αρκετές άλλες καταστάσεις.
Στα φυτά, το διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα μετατρέπεται σε ζάχαρη παρουσία του ηλιακού φωτός με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Η περίσσεια διοξειδίου του άνθρακα αποθηκεύεται στο φυτό ως όξινο ανθρακικό. Τα φυτά χρησιμοποιούν ανθρακική ανυδράση για να μετατρέψουν το διττανθρακικό άλας σε διοξείδιο του άνθρακα, οπότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη φωτοσύνθεση.