過氧化氫酶:酶類清除劑-中文百科頻道

簡介

過氧化氫酶（ＨｙｄｒｏｇｅｎＰｅｒｏｘｉｄａｓｅ）又稱觸酶（Ｃａｔａ－ｌａｓｅ，ＣＡＴ），是一類廣泛存在于動物、植物和微生物體内的末端氧化酶，酶分子結構中含有鐵卟啉環，１個分子酶蛋白中含有４個鐵原子。過氧化氫酶是在生物演化過程中建立起來的生物防禦系統的關鍵酶之一，其生物學功能是催化細胞内過氧化氫分解，防止過氧化。過氧化氫酶的研究可追溯到１９世紀初，迄今它已經成為農業，以及與之相關的食品與乳制品業、紙漿和造紙業、以及農業環保産業中有應用價值的酶之一。過氧化氫酶存在于紅細胞及某些組織内的過氧化體中，它的主要作用就是催化H2O2分解為H2O與O2，使得H2O2不至于與O2在鐵螯合物作用下反應生成非常有害的-OH過氧化氫酶的作用是使過氧化氫還原成水: 2H2O2 → O2 + 2H2O

觸酶

過氧化氫酶（CAT）是一種酶類清除劑，又稱為觸酶，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，清除體内的過氧化氫，從而使細胞免于遭受H2O2的。CAT作用于過氧化氫的機理實質上是H2O2的歧化，必須有兩個H2O2先後與CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能發生反應。H2O2濃度越高，分解速度越快。

來源

幾乎所有的生物機體都存在過氧化氫酶。其普遍存在于能呼吸的生物體内，主要存在于植物的葉綠體、線粒體、内質網、動物的肝和紅細胞中，其酶促活性為機體提供了抗氧化防禦機理。

CAT是紅血素酶，不同的來源有不同的結構。在不同的組織中其活性水平高低不同。過氧化氫在肝髒中分解速度比在腦或心髒等器官快，就是因為肝中的CAT含量水平高。

H2O2 分解酶

這是一種穩定的過氧化氫分解酶, 能将過氧化氫分解成水和氧氣, 而對纖維和染料沒有影響, 因而漂白後染色前, 通過H2O2 分解酶去除漂白織物上和染缸中殘留的過氧化氫, 以避免纖維的進一步氧化和染色時染料的氧化。同時能縮短加工時間,減少水洗用水, 降低廢水量。尤其對紗線、筒子紗和針織物更為适用。

同樣, 過氧化氫分解酶随pH 值和溫度的改變, 其活力随之變化, 在pH7 左右和30～40 ℃活性最大。過氧化氫濃度增大, 會加快分解反應速度, 但必須注意當濃度大于一定量時, 酶的作用将減弱, 這樣過多的殘留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, 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, 實際生産應用pH為6～8 , 溫度20～55 ℃, 酶用量5～10KCLU/ 升,時間10～20min。此技術已慢慢地被國内所認識和接受, 它對提高活性染料色澤鮮豔度很有利。

酶可促進漂白

要說明的是用酶可促進漂白的進行, 羊毛在含有蛋白酶Bactosol ST的過氧化氫漂液中漂白, 可顯著提高羊毛的白度和親水性。這是由于酶促進羊毛纖維初始受到快速的浸蝕, 緻使羊毛漂白較易進行。從此原理出發, 将蛋白酶對羊毛先預處理, 使纖維表面裸露, 再進行漂白, 顯然效果更好, 且纖維損傷也易控制。

曆史

作為一種物質，過氧化氫酶是在1811年被過氧化氫（H2O2）的發現者泰納爾（Louis Jacques Thénard）首次發現。

1900年，Oscar Loew将這種能夠降解過氧化氫的酶命名為“catalase”，即過氧化氫酶，并發現這種酶存在于許多植物和動物中。1937年，詹姆斯·B·薩姆納将來自牛肝中的過氧化氫酶結晶，并在次年獲得了該酶的分子量。1969年，牛的過氧化氫酶的氨基酸序列得以解出。而後，1981年，其三維結構得以解析。

功能

過氧化氫是一種代謝過程中産生的廢物，它能夠對機體造成損害。為了避免這種損害，過氧化氫必須被快速地轉化為其他無害或毒性較小的物質。而過氧化氫酶就是常常被細胞用來催化過氧化氫分解的工具。

但過氧化氫酶真正的生物學重要性并不是如此簡單：研究者發現基因工程改造後的過氧化氫酶缺失的小鼠依然為正常表現型，這就表明過氧化氫酶隻是在一些特定條件下才對動物是必不可少的。

一些人群體内的過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物細胞内主要的過氧化氫清除劑是過氧化物還原酶（peroxiredoxin），而不是過氧化氫酶。

過氧化氫酶通常定位于一種被稱為過氧化物酶體的細胞器中。植物細胞中的過氧化物酶體參與了光呼吸（利用氧氣并生成二氧化碳）和共生性氮固定（将氮氣(N2)解離為活性氮原子）。

但細胞被病原體感染時，過氧化氫可以被用作一種有效的抗微生物試劑。部分病原體，如結核杆菌、嗜肺軍團菌和空腸彎曲菌，能夠生産過氧化氫酶以降解過氧化氫，使得它們能在宿主體内存活。

在生物體中的分布

過氧化氫酶存在于所有已知的動物的各個組織中，特别在肝髒中以高濃度存在。在投彈手甲蟲（bombardier beetle）中，過氧化氫酶具有獨特用途。這種甲蟲具有兩套分開儲存于腺體中的化學物。大的腺體中儲存着對苯二酚和過氧化氫，而小的腺體中儲存着過氧化氫酶和辣根過氧化物酶。當甲蟲将兩個腺體中的化學物質混合在一起時，就會釋放出氧氣，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，雖然有些真菌被發現在低pH值和溫暖的環境下能夠産生該酶。

絕大多數需氧微生物都含有過氧化氫酶[4]。例外包括streptococcus，一種沒有過氧化氫酶的需氧細菌。部分厭氧微生物，如Methanosarcina barkeri，也含有過氧化氫酶。

應用

過氧化氫酶在食品工業中被用于除去用于制造奶酪的牛奶中的過氧化氫。過氧化氫酶也被用于食品包裝，防止食物被氧化。在紡織工業中，過氧化氫酶被用于除去紡織物上的過氧化氫，以保證成品是不含過氧化物的。它還被用在隐形眼鏡的清潔上：眼鏡在含有過氧化氫的清潔劑中浸泡後，使用前再用過氧化氫酶除去殘留的過氧化氫。近年來，過氧化氫酶開始使用在美容業中。一些面部護理中加入了該酶和過氧化氫，目的是增加表皮上層的細胞氧量。

過氧化氫酶在實驗室中還常常被用作了解酶對反應速率影響的工具。