猫

カタラーゼは、過酸化水素を酸素と水に分解する触媒として働く酵素であり、細胞の過酸化物に存在します。カタラーゼは過酸化物酵素のマーカー酵素であり、全体の約40%を占めています。カタラーゼは、すべての既知の動物のすべての組織に存在し、特に肝臓に高濃度で存在します。カタラーゼは、チーズを作るために使用される牛乳から過酸化水素を除去するために食品産業で使用されます。また、カタラーゼは食品の酸化を防ぐために食品包装にも使用されます。

出典

カタラーゼはほぼすべての生物に存在します。呼吸可能な生物に広く分布しており、主に葉緑体、ミトコンドリア、粗面小胞体、動物の肝臓、赤血球に存在し、その酵素活性は生物に対する抗酸化防御機構を提供します。異なる供給源からのカタラーゼは異なる構造を持っています。酵素活性レベルは異なる組織で異なります。過酸化水素は、肝臓のカタラーゼの高いレベルのため、脳や心臓よりも肝臓でより早く分解されます。

触媒メカニズム

カタラーゼの完全な触媒メカニズムは完全には理解されていませんが、触媒プロセスは2つのステップに分かれると考えられています。

H₂O₂ + Fe(III)-E → H₂O + O=Fe(IV)-E(.+)
H₂O₂ + O=Fe(IV)-E(.+) → H₂O + Fe(III)-E + O₂

ここで、「Fe()-E」は酵素に結合したヘムグループ（E）の中心鉄原子（Fe）を表します。Fe(IV)-E(.+)は、鉄原子が+V価に完全に酸化されていない共鳴形であり、ヘムからいくつかの「支持電子」を受け入れます。したがって、反応中のヘムはフリーラジカルカチオン（.+）として表現されます。

過酸化水素は活性部位に入り、カタラーゼのアスパラギン残基（Asn 147）およびヒスチジン残基（His 74）と相互作用し、酸素原子間で1つのプロトンが通過できるようにします。フリー酸素原子は水分子とFe(IV)=Oを形成するために配位します。Fe(IV)=Oは2番目の過酸化水素分子と反応してFe(III)-Eを形成し、水分子と酸素を生成します。活性中心の鉄原子の反応性は、チロシン残基357におけるフェノール側鎖の存在により増加する可能性があります（これはFe(III)をFe(IV)に酸化するのを助けます）。反応の効率は、His74とAsn147が反応中間体と相互作用することによって向上する可能性があります。   

カタラーゼは、ホルムアルデヒド、蟻酸、フェノール、エタノールなどの他の細胞毒性物質も酸化します。これらの酸化プロセスは、以下の反応によって過酸化水素を使用することを必要とします。

H₂O₂ + H₂R → 2H₂O + R

銅硫酸塩中の銅イオンのような重金属イオンは、カタラーゼの非競合的阻害剤として作用することができます。さらに、高度に毒性のあるシアン化物は、ヘムに強く結合し、カタラーゼの触媒反応をブロックする競合的阻害剤です。

機能

過酸化水素は、代謝プロセスの廃棄物であり、生物に損傷を与える可能性があります。この損傷を避けるために、過酸化水素は迅速に他の非毒性または低毒性の物質に変換される必要があります。カタラーゼは、過酸化水素の分解を触媒するために細胞によく使用されるツールです。しかし、カタラーゼの真の生物学的重要性はそれほど単純ではありません。カタラーゼ欠損のために遺伝子操作されたマウスは正常な表現型を維持しており、カタラーゼは特定の条件下でのみ動物にとって不可欠であることを示唆しています。カタラーゼのレベルは一部の集団で非常に低いですが、顕著な病理学的反応は示しません。これは、正常な哺乳類細胞における主要な過酸化水素スカベンジャーがカタラーゼではなくペルオキシレドキシンであるためである可能性が高いです。

カタラーゼは通常、ペルオキシソームと呼ばれる小器官に存在します。植物細胞のペルオキシソームは、光呼吸（酸素を使用し、二酸化炭素を生成する）や窒素の共同固定（窒素（N2）を反応性窒素原子に解離させる）に関与しています。しかし、細胞が病原体に感染した場合、過酸化水素は効果的な抗菌剤として使用されることがあります。Mycobacterium tuberculosis、Legionella pneumophila、およびCampylobacter jejuniなどの一部の病原体は、過酸化水素を分解するカタラーゼを生成することができ、宿主内で生存することができます。

応用

カタラーゼは、チーズを作るために使用される牛乳から過酸化水素を除去するために食品産業で使用されます。カタラーゼは、食品の酸化を防ぐために食品包装にも使用されます。また、コンタクトレンズの洗浄にも使用されます。眼鏡が過酸化水素を含む洗剤に浸された後、使用前に残留する過酸化水素はカタラーゼで除去されます。近年、カタラーゼは美容産業でも使用され始めました。一部のフェイシャルでは、上皮の細胞酸素量を増加させるためにカタラーゼと過酸化水素が追加されています。カタラーゼは、反応速度に対する酵素の影響を理解するためのツールとして、実験室でもよく使用されます。染色および仕上げ産業では、カタラーゼは幅広い応用があります。残留過酸化水素の除去のために、繊維、印刷、染色、製紙などの産業で広く使用されています。カタラーゼは、染色品質を効果的に改善し、プロセス時間を短縮し、廃棄物の排出を減少させることができます。