PEROXIDÁZY: STRUKTURA, FUNKCE A TYPY - BIOLOGIE - 2025

Mezi peroxidázy jsou většinou Hemoproteiny s enzymatickou aktivitou katalyzovat oxidaci různých organických a anorganických substrátů za použití pro tento peroxidem vodíku nebo jinými nepříbuznými látek.

V nejširším slova smyslu termín "peroxidáza" zahrnuje enzymy, jako jsou NAD- a NADP-peroxidázy, mastné kyseliny-peroxidázy, cytochrom-peroxidázy, glutathion-peroxidázy a mnoho dalších nespecifických enzymů.

Schéma peroxidázového proteinu závislého na hemu (Zdroj: Zaměstnanci Jawahara Swaminathana a MSD v Evropském institutu bioinformatiky prostřednictvím Wikimedia Commons)

Obvykle se však používá pro nespecifické enzymy z různých zdrojů, které mají oxidoreduktázovou aktivitu a které využívají peroxid vodíku a další substráty k katalyzování jejich oxidačně-redukčních reakcí.

Hemové peroxidázy jsou v přírodě velmi běžné. Nacházejí se u zvířat, vyšších rostlin, kvasinek, hub a bakterií.

U savců jsou produkovány bílými krvinkami, dělohou, slezinou a játry, slinnými žlázami, stěnami žaludku, plícemi, štítnou žlázou a jinými tkáněmi.

V rostlinách jsou rostlinami nejbohatšími na peroxidázy křen a fíkovník. Peroxidáza čištěná z křenu byla rozsáhle studována a používána pro různé účely v experimentální biologii a biochemii.

V eukaryotických buňkách se tyto důležité enzymy obvykle nacházejí ve specializovaných organelách známých jako „peroxisomy“, které jsou obklopeny jedinou membránou a podílejí se na mnoha buněčných metabolických procesech.

Struktura

Přes malou homologii, která existuje mezi různými třídami peroxidáz, bylo stanoveno, že jejich sekundární struktura a způsob, jakým je organizována, je mezi různými druhy poměrně konzervativní.

Existují některé výjimky, ale většina peroxidáz jsou glykoproteiny a uhlohydráty jsou považovány za přispívající k jejich vysoké teplotní stabilitě.

Tyto proteiny mají molekulové hmotnosti v rozmezí od 35 do 150 kDa, což odpovídá přibližně 250 a 730 aminokyselinovým zbytkům.

S výjimkou myeloperoxidázy obsahují všechny molekuly tohoto typu ve své struktuře hemovou skupinu, která má v klidovém stavu atom železa v oxidačním stavu Fe + 3. Rostliny mají protetickou skupinu známou jako ferroporfyrin XI.

Peroxidázy mají dvě strukturální domény, které se "obalí" hemovou skupinou a každá z těchto domén je produktem exprese genu, který prodělal duplicitní událost. Tyto struktury se skládají z více než 10 alfa helixů spojených polypeptidovými smyčkami a zatáčkami.

Zdá se, že správné složení molekuly závisí na přítomnosti konzervovaných zbytků glycinu a prolinu, jakož i zbytku kyseliny asparagové a zbytku argininu, které mezi nimi tvoří solný můstek, který spojuje obě strukturální domény.

Funkce

Hlavní funkcí enzymů peroxidázy je odstranění peroxidu vodíku z buněčného prostředí, které může být produkováno různými mechanismy a které by mohlo představovat vážné ohrožení intracelulární stability.

V tomto procesu odstraňování těchto reaktivních druhů kyslíku (ve kterém kyslík má střední oxidační stav) však peroxidázy využívají oxidační kapacitu této látky k plnění dalších důležitých funkcí pro metabolismus.

V rostlinách jsou tyto proteiny důležitou součástí lignifikačních procesů a obranných mechanismů v tkáních infikovaných patogeny nebo těch, které utrpěly fyzické poškození.

Ve vědeckém kontextu se objevily nové aplikace peroxidáz, které zahrnují čištění odpadních vod obsahujících fenolové sloučeniny, syntézu aromatických sloučenin a odstraňování peroxidu z potravin nebo odpadních materiálů.

Z analytického a diagnostického hlediska je křenová peroxidáza snad nejrozšířenějším enzymem pro přípravu konjugovaných protilátek, které se používají pro imunologické absorpční testy, jako je ELISA (enzymaticky vázaný imunosorbentový test) a také pro stanovení různých typů sloučenin.

Mechanismus účinku

Katalytický proces peroxidáz probíhá prostřednictvím postupných kroků, které začínají interakcí mezi aktivním místem enzymu a peroxidem vodíku, který oxiduje atom železa ve skupině hem a generuje nestabilní meziprodukt známý jako sloučenina I (CoI).

Oxidovaný protein (CoI) má potom hemovou skupinu s atomem železa, který přešel z oxidačního stavu III do stavu IV a pro tento proces byl peroxid vodíku redukován na vodu.

Sloučenina I je schopna oxidovat substrát poskytující elektrony, vytvářet radikál substrátu a stát se novým chemickým druhem známým jako sloučenina II (CoII), který je následně redukován druhou molekulou substrátu a regeneruje železo v stát III a produkovat další radikál.

Typy

- Podle těla

Peroxidázy jsou rozděleny do tří tříd v závislosti na organismu, kde se nacházejí:

- třída I: intracelulární prokaryotické peroxidázy.

- třída II: extracelulární fungální peroxidázy.

- Třída III: sekretované rostlinné peroxidázy.

Na rozdíl od proteinů třídy I mají proteiny tříd II a III disulfidové můstky zabudované mezi cysteinovými zbytky ve svých strukturách, což jim dává výrazně větší tuhost.

Proteiny třídy II a III se také liší od třídy I v tom, že obecně mají na svém povrchu glykosylace.

-Podle aktivního webu

Mechanisticky lze peroxidázy také kategorizovat podle povahy atomů nalezených v jejich katalytickém centru. Tímto způsobem byly popsány hemoperoxidázy (nejčastější), vanadium-haloperoxidázy a další.

Hemoperoxidázy

Jak již bylo zmíněno, tyto peroxidázy mají ve svém katalytickém centru protetickou skupinu známou jako hemová skupina. Atom železa v tomto místě je koordinován čtyřmi vazbami s atomy dusíku.

Vanadium-haloperoxidázy

Namísto skupiny heme mají vanadium-haloperoxidázy vanadát jako protetickou skupinu. Tyto enzymy byly izolovány z mořských organismů a některých suchozemských hub.

Vanad v této skupině je koordinován třemi neproteinovými kyslíky, dusíkem z histidinového zbytku a dusíkem z azidové vazby.

Jiné peroxidázy

Do této skupiny je zařazeno mnoho bakteriálních haloperoxidáz, které mají jiné protetické skupiny než heme nebo vanad. Glutathionperoxidázy jsou také v této skupině, které obsahují selenocysteinovou protetickou skupinu a některé enzymy schopné oxidovat lignin.

Reference

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Základní buněčná biologie. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Banci, L. (1997). Strukturální vlastnosti peroxidáz. Journal of Biotechnology, 53, 253-263.
3. Deurzen, MPJ Van, Rantwijk, F. Van a Sheldon, RA (1997). Selektivní oxidace katalyzované peroxidázami. Tetrahedron, 53 (39), 13183-13220.
4. Dunford, HB, a Stillman, JS (1976). O funkci a mechanismu působení peroxidáz. Coordination Chemistry Reviews, 19, 187–251.
5. Hamid, M., & Rehman, K. (2009). Potenciální aplikace peroxidáz. Food Chemistry, 115 (4), 1177-1186.
6. Rawn, JD (1998). Biochemie. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
7. Stansfield, WD, Colomé, JS, a Cano, RJ (2003). Molekulární a buněčná biologie. (KE Cullen, Ed.). Elektronické knihy McGraw-Hill.