過(guò)氧化氫酶（催化過(guò)氧化氫分解成氧和水的酶）
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過(guò)氧化氫酶
催化過(guò)氧化氫分解成氧和水的酶
過(guò)氧化氫酶（CAT），是催化過(guò)氧化氫分解成氧和水的酶，存在于細胞的過(guò)氧化物體內。過(guò)氧化氫酶是過(guò)氧化物酶體的標志酶, 約占過(guò)氧化物酶體酶總量的40%。過(guò)氧化氫酶存在于所有已知的動(dòng)物的各個(gè)組織中，特別在肝臟中以高濃度存在。
基本信息
| 中文名 | 過(guò)氧化氫酶 |
| 外文名 | CATALASE FROM MICROCOCCUS LYSODEIKTICUS |
| 別名 | 自溶血性鏈球菌分離的過(guò)氧化氫酶 |
| 應用 | 食品、紡織等 |
| 發(fā)現者 |
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簡(jiǎn)介
過(guò)氧化氫(H2O2)即人們熟知的雙氧水，比水(H2O)多了一個(gè)氧原子(0),這個(gè)氧原子極不穩定，總想從別的物質(zhì)分子中再奪取一個(gè)氧原子，形成O2。平時(shí)我們用雙氧水殺菌消毒，就是因為細菌遭到H2O2的破壞而死亡，消毒時(shí)起泡是產(chǎn)生氧氣的結果。然而，過(guò)氧化氫可穿透大部分細胞膜，因此它比超氧陰離子自由基(不能穿透細胞膜)具有更強的細胞毒性，穿透細胞膜后可與細胞內的鐵發(fā)生反應生成羥基自由基。過(guò)氧化氫酶(CAT)是抗氧化酵素系統的重要一員，又被稱(chēng)為觸酶，是以鐵卟啉為輔基的結合酶。SOD酵素將氧自由基歧化后生成過(guò)氧化氫(H2O2)和氧氣(O2),過(guò)氧化氫在體內仍然是具有氧化劑毒性的物質(zhì)，過(guò)氧化氫酶的作用就是促使過(guò)氧化氫分解為分子氧和水，使細胞免于遭受H2O2的毒害。CAT作用于過(guò)氧化氫的機理實(shí)質(zhì)上是過(guò)氧化氫的岐化，必須有兩個(gè)H2O2分子先后與CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能發(fā)生反應。H2O2濃度越高，分解速度越快幾乎所有的生理機體，都存在過(guò)氧化氫酶。其普遍存在于能呼吸的生物體內，主要存在于植物的葉綠體、線(xiàn)粒體、內質(zhì)網(wǎng)以及動(dòng)物的肝和紅細胞中其酶促活性為機體提供了抗氧化防御機理。過(guò)氧化氫酶的生物功能是在細胞中促進(jìn)過(guò)氧化氫分解，使其不會(huì )進(jìn)一步產(chǎn)生毒性很大的氫氧自由基，從而保護抗氧化酵素系統的功能作用，對于人體的生長(cháng)發(fā)育和代謝活動(dòng)亦具有重要意義。
閻世英編著(zhù)，酵素決定健康，中國醫藥科技出版社,2015.12
過(guò)氧化氫酶的作用是使過(guò)氧化氫還原成水： 2H2O2=O2↑+ 2H2O
過(guò)氧化氫酶
中文名稱(chēng)：過(guò)氧化氫酶
英文別名:Fungal catalase; catalase from bovine liver; catalase F. bov. liv.,cryst.susp. in H2O; Catalase from microorganisms; catalse from bovine liver; catalase from human erythrocytes; catalase from dog liver; catalase from mouse liver; catalase from bison liver; Catalase (bovine liver); Catalase, Human Erythrocytes; Catalase Aspergillus niger; Catalase from Corynebacterium glutamicum; Catalase Micrococcus lysodeikticus; Catalase
CAS:9001-05-2
過(guò)氧化氫酶
EINECS:232-577-1
EC 1.11.1.6
觸酶
過(guò)氧化氫酶（CAT）是一種酶類(lèi)清除劑，又稱(chēng)為觸酶，是以鐵卟啉為輔基的結合酶。它可促使H2O2分解為分子氧和水，清除體內的過(guò)氧化氫，從而使細胞免于遭受H2O2的毒害，是生物防御體系的關(guān)鍵酶之一。CAT作用于過(guò)氧化氫的機理實(shí)質(zhì)上是H2O2的歧化，必須有兩個(gè)H2O2先后與CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能發(fā)生反應。H2O2濃度越高，分解速度越快。
分解酶
這是一種穩定的過(guò)氧化氫分解酶，能將過(guò)氧化氫分解成水和氧氣，而對纖維和染料沒(méi)有影響，因而漂白后染色前，通過(guò)H2O2 分解酶去除漂白織物上和染缸中殘留的過(guò)氧化氫，以避免纖維的進(jìn)一步氧化和染色時(shí)染料的氧化。同時(shí)能縮短加工時(shí)間，減少水洗用水，降低廢水量。尤其對紗線(xiàn)、筒子紗和針織物更為適用。同樣，過(guò)氧化氫分解酶隨pH 值和溫度的改變，其活力隨之變化，在pH7 左右和30～40 ℃活性最大。過(guò)氧化氫濃度增大，會(huì )加快分解反應速度，但必須注意當濃度大于一定量時(shí)，酶的作用將減弱，這樣過(guò)多地殘留H2O2 對纖維和染料是不利的。所以不能因為有了H2O2 分解酶，就能任意地加大H2O2 的用量。使用時(shí)，通常要注意H2O2 分解酶對常用表面活性劑和H2O2 穩定劑的相容性，實(shí)際生產(chǎn)應用pH為6～8，溫度20～55 ℃，每用量5～10KCLU/ 升，時(shí)間10～20min。此技術(shù)已慢慢地被國內所認識和接受，它對提高活性染料色澤鮮艷度很有利。
來(lái)源
幾乎所有的生物機體都存在過(guò)氧化氫酶。其普遍存在于能呼吸的生物體內，主要存在于植物的葉綠體、線(xiàn)粒體、內質(zhì)網(wǎng)、動(dòng)物的肝和紅細胞中，其酶促活性為機體提供了抗氧化防御機理。
CAT是紅血素酶，不同的來(lái)源有不同的結構。在不同的組織中其活性水平高低不同。過(guò)氧化氫在肝臟中分解速度比在腦或心臟等器官快，就是因為肝中的CAT含量水平高。
反應機制
雖然過(guò)氧化氫酶完整的催化機制還沒(méi)有完全被了解，但其催化過(guò)程被認為分為兩步：
H2O2 + Fe(III)-E → H2O + O=Fe(IV)-E(.+)
H2O2 + O=Fe(IV)-E(.+) → H2O + Fe(III)-E + O2[12]
其中，“Fe()-E”表示結合在酶上的血紅素基團（E）的中心鐵原子（Fe）。Fe(IV)-E(.+）為Fe(V)-E的一種共振形式，即鐵原子并沒(méi)有完全氧化到+V價(jià)，而是從血紅素上接受了一些“支持電子”。因而，反應式中的血紅素也就表示為自由基陽(yáng)離子（.+).
過(guò)氧化氫進(jìn)入活性位點(diǎn)并與酶147位上的天冬酰胺殘基（Asn147）和74位上的組氨酸殘基（His74）相互作用，使得一個(gè)質(zhì)子在氧原子間互相傳遞。自由的氧原子配位結合，生成水分子和Fe(IV)=O。Fe(IV)=O與第二個(gè)過(guò)氧化氫分子反應重新形成Fe(III)-E，并生成水分子和氧氣。[12]活性中心鐵原子的反應活性可能由于357位上酪氨酸殘基（Tyr357）的苯酚基側鏈的存在（幫助Fe(III）氧化為Fe(IV））而得以提高。反應的效率可能是通過(guò)His74和Asn147與反應中間體作用而得以提高。[12]該反應的速率通常可以通過(guò)米氏方程來(lái)確定。[2]
H2O2 + H2R → 2H2O + R
同樣，具體的反應機制還不清楚。
處于過(guò)氧化狀態(tài)的過(guò)氧化氫酶中間體的三維結構已經(jīng)獲得解析，可以在蛋白質(zhì)數據庫中檢索到。
檢測
進(jìn)行中的過(guò)氧化氫酶檢測，可以觀(guān)察到氣泡。
過(guò)氧化氫酶檢測是微生物學(xué)家鑒定細菌種類(lèi)的主要的三種檢測手段之一，即用過(guò)氧化氫來(lái)檢測過(guò)氧化氫酶是否存在。假如細菌中含有過(guò)氧化氫酶，則在過(guò)氧化氫溶液中加入少量細菌提取物就能觀(guān)察到氧氣氣泡生成。
有氣泡生成，則該菌被認為是呈“過(guò)氧化氫酶陽(yáng)性”。如staphylococcus和micrococcus。沒(méi)有，則該菌被認為是呈“過(guò)氧化氫酶陰性”。如streptococcus和enterococcus。雖然過(guò)氧化氫酶檢測無(wú)法鑒定特定生物體，但與其他檢測方法結合，它可以有效地幫助診斷。
此外細菌中是否存在過(guò)氧化氫酶，還取決于細胞生長(cháng)條件和所使用的培養基。
分布
過(guò)氧化氫酶存在于所有已知的動(dòng)物的各個(gè)組織中，特別在肝臟中以高濃度存在。在投彈手甲蟲(chóng)（bombardier beetle）中，過(guò)氧化氫酶具有獨特用途。這種甲蟲(chóng)具有兩套分開(kāi)儲存于腺體中的化學(xué)物。大的腺體中儲存著(zhù)對苯二酚和過(guò)氧化氫，而小的腺體中儲存著(zhù)過(guò)氧化氫酶和辣根過(guò)氧化物酶。當甲蟲(chóng)將兩個(gè)腺體中的化學(xué)物質(zhì)混合在一起時(shí)，就會(huì )釋放出氧氣，而氧氣既可以氧化對苯二酚又可以作為助推劑。
過(guò)氧化氫酶也普遍存在于植物中，但不包括真菌，雖然有些真菌被發(fā)現在低pH值和溫暖的環(huán)境下能夠產(chǎn)生該酶。
絕大多數需氧微生物都含有過(guò)氧化氫酶[4]。例外包括Streptococcus，一種沒(méi)有過(guò)氧化氫酶的需氧細菌。部分厭氧微生物，如Methanosarcina barkeri，也含有過(guò)氧化氫酶。
應用
功能
功能概述
過(guò)氧化氫是一種代謝過(guò)程中產(chǎn)生的廢物，它能夠對機體造成損害。為了避免這種損害，過(guò)氧化氫必須被快速地轉化為其他無(wú)害或毒性較小的物質(zhì)。而過(guò)氧化氫酶就是常常被細胞用來(lái)催化過(guò)氧化氫分解的工具。
但過(guò)氧化氫酶真正的生物學(xué)重要性并不是如此簡(jiǎn)單：研究者發(fā)現基因工程改造后的過(guò)氧化氫酶缺失的小鼠依然為正常表現型，這就表明過(guò)氧化氫酶只是在一些特定條件下才對動(dòng)物是必不可少的。
一些人群體內的過(guò)氧化氫酶水平非常低，但也不顯示出明顯的病理反應。這很有可能是因為正常哺乳動(dòng)物細胞內主要的過(guò)氧化氫清除劑是過(guò)氧化物還原酶（peroxiredoxin），而不是過(guò)氧化氫酶。
歷史
疾病
過(guò)氧化物酶體異常（peroxisomal disorder）過(guò)氧化物酶缺乏癥（acatalasia）是由過(guò)氧化氫酶功能缺陷所造成的。
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