PEROKSIDAZE: ZGRADBA, FUNKCIJE IN VRSTE - BIOLOGIJA - 2025

V peroksidaze so večinoma hemoproteins z encimsko aktivnostjo katalizirajo oksidacijo različnih organskih in anorganskih substratov uporabljajo za ta vodikov peroksid ali drugih nepovezanih snovi.

Izraz "peroksidaza" v najširšem pomenu vključuje encime, kot so NAD- in NADP-peroksidaze, peroksidaze maščobnih kislin, citokrom-peroksidaze, glutation-peroksidaze in številni drugi nespecifični encimi.

Diagram heme odvisne peroksidazne beljakovine (Vir: Jawahar Swaminathan in osebje MSD na Evropskem inštitutu za bioinformatiko prek Wikimedia Commons)

Vendar se pogosteje uporablja za sklicevanje na nespecifične encime iz različnih virov, ki imajo oksidoreduktazno aktivnost in uporabljajo vodikov peroksid in druge substrate za kataliziranje njihovih reakcij oksidacijske redukcije.

Heme peroksidaze so v naravi izredno pogoste. Najdemo jih pri živalih, višjih rastlinah, kvasovkah, glivah in bakterijah.

Pri sesalcih jih proizvajajo bele krvne celice, maternica, vranica in jetra, žleze slinavk, želodčne stene, pljuča, ščitnice in druga tkiva.

Pri rastlinah so rastlinske vrste, ki so najbogatejše s peroksidazami, hren in figa. Peroksidazo, očiščeno iz hrena, smo podrobno preučevali in uporabljali za različne namene v eksperimentalni biologiji in biokemiji.

V evkariontskih celicah se ti pomembni encimi običajno nahajajo v specializiranih organelah, znanih kot "peroksisomi", ki so obdani z eno samo membrano in so vključeni v številne celične presnovne procese.

Struktura

Kljub majhni homologiji med različnimi razredi peroksidaz je bilo ugotovljeno, da je njuna sekundarna struktura in način organiziranja med različnimi vrstami precej ohranjen.

Nekaj ​​izjem je, vendar je večina peroksidaz glikoproteini, ogljikovi hidrati pa naj bi prispevali k njihovi visoki temperaturni stabilnosti.

Ti proteini imajo molekulsko maso od 35 do 150 kDa, kar ustreza približno 250 in 730 aminokislinskih ostankov.

Z izjemo mieloperoksidaze vse te molekule vsebujejo v svoji strukturi skupino hema, ki ima v stanju mirovanja železov atom v stanju oksidacije Fe + 3. Rastline imajo protetično skupino, znano kot feroporfirin XI.

Peroksidaze imajo dve strukturni domeni, ki "ovijata" skupino heme in vsaka od teh domen je produkt izražanja gena, ki je doživel podvajanje. Te strukture so sestavljene iz več kot 10 alfa vijačnic, povezanih s polipeptidnimi zankami in zavoji.

Zdi se, da je pravilno zgibanje molekule odvisno od prisotnosti ohranjenih ostankov glicina in prolina ter ostankov asparaginske kisline in ostanka arginina, ki tvorita solni most med njima, ki povezuje obe strukturni domeni.

Lastnosti

Glavna funkcija encimov peroksidaze je odstranjevanje vodikovega peroksida iz celičnega okolja, ki ga lahko proizvajajo različni mehanizmi in ki lahko predstavlja resno grožnjo znotrajcelični stabilnosti.

Vendar pa v tem postopku odstranitve te reaktivne kisikove vrste (v kateri ima kisik vmesno oksidacijsko stanje) peroksidaze uporabljajo oksidacijsko sposobnost te snovi za izpolnjevanje drugih pomembnih funkcij za presnovo.

V rastlinah so ti proteini pomemben del lignifikacijskih procesov in obrambnih mehanizmov v tkivih, okuženih s patogeni ali ki so utrpela telesno škodo.

V znanstvenem okviru so se pojavile nove uporabe za peroksidaze, ki vključujejo čiščenje odpadnih voda, ki vsebujejo fenolne spojine, sintezo aromatskih spojin in odstranjevanje peroksida iz hrane ali odpadnih snovi.

V analitičnem in diagnostičnem smislu je hrenova peroksidaza morda najpogosteje uporabljen encim za pripravo konjugiranih protiteles, ki se uporabljajo za imunološke absorpcijske teste, kot je ELISA (z encima povezan imunosuorbentni test) in tudi za določanje različnih vrst spojin.

Mehanizem delovanja

Katalitični proces peroksidaz poteka skozi zaporedne korake, ki se začnejo z interakcijo med aktivnim mestom encima in vodikovim peroksidom, ki oksidira železov atom v skupini hema in ustvari nestabilno vmesno spojino, znano kot spojina I (CoI).

Oksidirani protein (CoI) ima nato hemsko skupino z atomom železa, ki je prešel iz oksidacijskega stanja III v stanje IV in pri tem postopku smo vodikov peroksid reducirali v vodo.

Spojina I lahko oksidira substrat, ki daje elektrone, tvori substralni radikal in postane nova kemična vrsta, znana kot spojina II (CoII), ki se nato reducira z drugo molekulo substrata in regenerira železo v stanje III in proizvaja še en radikal.

Vrste

-Sledenje telesu

Peroksidaze so razvrščene v tri razrede, odvisno od organizma, v katerem so:

- razred I: znotrajcelične prokariotske peroksidaze.

- razred II: zunajcelične glivične peroksidaze.

- Razred III: rastlinske peroksidaze, ki jih izločajo,

V nasprotju z beljakovinami I razreda imajo tisti iz razredov II in III disulfidne mostove, vgrajene med ostanke cisteina v svojih strukturah, kar jim daje bistveno večjo togost.

Proteini razreda II in III se od razredov I razlikujejo tudi po tem, da imajo na svoji površini glikozilacije.

-Sledenje na aktivno mesto

Mehansko gledano lahko peroksidaze razvrstimo tudi glede na naravo atomov, ki jih najdemo v njihovem katalitičnem centru. Na ta način so opisane hemoperoksidaze (najpogostejše), vanadij-haloperoksidaze in druge.

Hemoperoksidaze

Kot smo že omenili, imajo te peroksidaze v svojem katalitičnem centru protetično skupino, imenovano heme skupina. Atom železa na tem mestu koordinirajo štiri vezi z dušikovimi atomi.

Vanadij-haloperoksidaze

Namesto hemske skupine imajo vanadij-haloperoksidaze vanadat kot protetično skupino. Ti encimi so bili izolirani iz morskih organizmov in nekaterih kopenskih gliv.

Vanadij v tej skupini koordinirajo trije beljakovinski oksigeni, dušik iz ostanka histidina in dušik iz azidne vezi.

Druge peroksidaze

V to skupino je razvrščenih veliko bakterijskih haloperoksidaz, ki imajo druge protetske skupine, razen heme ali vanadija. V tej skupini so tudi glutation peroksidaze, ki vsebujejo proteno skupino seleno-cisteina in nekatere encime, ki lahko oksidirajo lignin.

Reference

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Bistvena celična biologija. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Banci, L. (1997). Strukturne lastnosti peroksidaz. Journal of Biotechnology, 53, 253–263.
3. Deurzen, MPJ Van, Rantwijk, F. Van, & Sheldon, RA (1997). Selektivne oksidacije, ki jih katalizirajo peroksidaze. Tetrahedron, 53 (39), 13183-13220.
4. Dunford, HB, & Stillman, JS (1976). O delovanju in mehanizmu delovanja peroksidaz. Recenzije koordinacijske kemije, 19, 187–251.
5. Hamid, M., & Rehman, K. (2009). Potencialne uporabe peroksidaz. Food Chemistry, 115 (4), 1177-1186.
6. Rawn, JD (1998). Biokemija. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
7. Stansfield, WD, Colomé, JS, & Cano, RJ (2003). Molekularna in celična biologija. (KE Cullen, ur.). Knjige McGraw-Hill.