Karbonanhydrase



All kunnskapen som mennesket har samlet i århundrer om Karbonanhydrase er nå tilgjengelig på internett, og vi har samlet og bestilt den for deg på en mest mulig tilgjengelig måte. Vi vil at du skal kunne få tilgang til alt relatert til Karbonanhydrase som du vil vite raskt og effektivt; at opplevelsen din er hyggelig og at du føler at du virkelig har funnet informasjonen om Karbonanhydrase som du lette etter.

For å nå våre mål har vi gjort en innsats for ikke bare å få den mest oppdaterte, forståelige og sannferdige informasjonen om Karbonanhydrase, men vi har også passet på at utformingen, lesbarheten, lastehastigheten og brukervennligheten til siden være så hyggelig som mulig, slik at du på denne måten kan fokusere på det essensielle, kjenne til all data og informasjon som er tilgjengelig om Karbonanhydrase, uten å måtte bekymre deg for noe annet, vi har allerede tatt hånd om det for deg. Vi håper vi har oppnådd vårt formål og at du har funnet informasjonen du ønsket om Karbonanhydrase. Så vi ønsker deg velkommen og oppfordrer deg til å fortsette å nyte opplevelsen av å bruke scientiano.com.

Karbonat dehydratase
Karbonanhydrase.png
Bånddiagram over human karbonsyreanhydrase II, med sinkion synlig i midten
Identifikatorer
EF -nr. 4.2.1.1
CAS -nr. 9001-03-0
Databaser
IntEnz IntEnz -visning
BRENDA BRENDA -oppføring
ExPASy NiceZyme utsikt
KEGG KEGG -oppføring
MetaCyc metabolsk vei
PRIAM profil
PDB -strukturer RCSB PDB PDBe PDBsum
Genontologi AmiGO / QuickGO
Eukaryotisk karbonsyreanhydrase
Identifikatorer
Symbol Carb_anhydrase
Pfam PF00194
InterPro IPR001148
PROSIT PDOC00146
SCOP2 1can / SCOPe / SUPFAM
Membranome 333

De karbonsyreanhydraser (eller karbonat-dehydrataser ) utgjør en familie av enzymer som katalyserer omdannelsen mellom karbondioksyd og vann , og de dissosierte ioner av karbonsyre (dvs. bikarbonat og hydrogen ioner ). Den aktive sete av et karbonsyreanhydraser inneholder et sinkioner. De er derfor klassifisert som metalloenzymer . Enzymet opprettholder syre-base balanse og hjelper til med å transportere karbondioksid.

Karbonanhydrase bidrar til å opprettholde syre -base -homeostase , regulere pH og væskebalanse. Avhengig av plasseringen endres enzymets rolle litt. For eksempel produserer karbonanhydrase syre i mageslimhinnen. I nyrene påvirker kontrollen av bikarbonationer vanninnholdet i cellen. Kontrollen av bikarbonationer påvirker også vanninnholdet i øynene. Inhibitorer av karbonanhydrase brukes til å behandle glaukom, overdreven opphopning av vann i øynene. Blokkering av dette enzymet skifter væskebalansen i pasientens øyne for å redusere væskeoppbygging og dermed lindre trykket.

Den Bohr-effekt er en måte å beskrive hemoglobin oksygenbindende affinitet. Bohr -effekten ble beskrevet av Christian Bohr i år 1904, og den refererer til et skifte i en oksygen dissosiasjonskurve som er forårsaket av en endring i konsentrasjonen av karbondioksid eller en endring i pH. I hovedsak resulterer en økning i karbondioksid i senket blod-pH som senker oksygen-hemoglobinbinding. Det motsatte er sant der en reduksjon i konsentrasjonen av karbondioksid øker blodets pH, noe som øker oksygen-hemoglobin-bindingshastigheten. Å knytte Bohr -effekten til karbonsyreanhydrase er enkel: karbonsyreanhydrase fremskynder reaksjonen av karbondioksid som reagerer med vann for å produsere hydrogenioner (protoner) og bikarbonationer.

For å beskrive likevekt i karbonsyreanhydrasereaksjonen, brukes Le Chateliers prinsipp. Vevene er surere enn lungene fordi karbondioksid produseres ved cellulær respirasjon og det reagerer med vann i vevene for å produsere hydrogenprotonene. Fordi karbondioksidkonsentrasjonen er høyere, skifter likevekten til høyre, til bikarbonatsiden. Det motsatte ses i lungene der karbondioksid frigjøres, slik at konsentrasjonen er lavere, så likevekten skifter til venstre mot karbondioksid for å prøve å øke konsentrasjonen.

Bakgrunn

Et enzym er et stoff som fungerer som en katalysator i levende organismer som bidrar til å fremskynde kjemiske reaksjoner. Karbonanhydrase er et viktig enzym som finnes i røde blodlegemer, mageslimhinne, bukspyttkjertelceller og til og med nyretubuli. Den ble oppdaget i 1932 og har blitt kategorisert i tre generelle klasser. Klasse én er alfakarbonanhydrase som finnes hos pattedyr, klasse to er betakarbonanhydrase som finnes i bakterier og planter og til slutt klasse tre som er gammakarbonanhydrase som finnes i metanogenbakterier i varme kilder. De tre klassene karbonsyreanhydrase har alle det samme aktive stedet med et Zn -metallsenter; de ligner imidlertid ikke strukturelt på hverandre. Hovedrollen til karbonanhydrase hos mennesker er å katalysere omdannelsen av karbondioksid til karbonsyre og tilbake igjen. Imidlertid kan det også hjelpe med CO 2 -transport i blodet som igjen hjelper pusten. Det kan til og med fungere i dannelsen av saltsyre i magen. Derfor er karbonanhydrases rolle avhengig av hvor den finnes i kroppen.

Reaksjon

Reaksjonen som viser katalysering av karbonsyreanhydrase i vevet vårt er:

CO 2 + H 2 O H
2
CO
3
H + + HCO-
3

Katalysasjonen av karbonsyreanhydrase i lungene er vist ved:

H + + HCO-
3
H
2
CO
3
CO 2 + H 2 O

Årsaken til at reaksjonene er i motsatte retninger for vev og lunger er på grunn av de forskjellige pH -nivåene som finnes i dem. Uten kullsyreanhydrasekatalysatoren er reaksjonen veldig treg, men med katalysatoren er reaksjonen 10 7 ganger raskere.

Reaksjonen katalysert av karbonanhydrase er:

HCO-
3
+ H + CO 2 + H 2 O

Kolsyre har en pK a på rundt 6,36 (den eksakte verdien avhenger av mediet), så ved pH 7 protoneres en liten prosentandel av bikarbonatet.

Karbonanhydrase er et av de raskeste enzymene, og hastigheten er vanligvis begrenset av diffusjonshastigheten til substratene . Typiske katalytiske hastighetene for de forskjellige former av dette enzymet i området mellom 10 4 og 10 6 -reaksjoner i sekundet.

Den ukatalyserte omvendte reaksjonen er relativt treg (kinetikk i området på 15 sekunder). Dette er grunnen til at en kullsyreholdig drink ikke avgasser umiddelbart når beholderen åpnes; den vil imidlertid raskt avgasses i munnen når den kommer i kontakt med karbonanhydrase som finnes i spytt.

En anhydrase er definert som et enzym som katalyserer fjerning av et vannmolekyl fra en forbindelse, og det er derfor denne "omvendte" reaksjonen som gir karbonsyreanhydrase navnet, fordi den fjerner et vannmolekyl fra kolsyre.

I lungene omdanner karbonanhydrase bikarbonat til karbondioksid, egnet for utpust.

Mekanisme

En sink- prostetisk gruppe i enzymet er samordnet i tre posisjoner ved hjelp av histidin- sidekjeder . Den fjerde koordinasjonsposisjonen er okkupert av vann . Et fjerde histidin er nær vannliganden, noe som letter dannelsen av Zn-OH-senteret, som binder CO 2 for å gi et sinkbikarbonat. Konstruksjonen er et eksempel på generell syre - generell basekatalyse (se artikkelen " Syrekatalyse "). Det aktive stedet har også en lomme som er egnet for karbondioksid, og bringer den nær hydroksidgruppen.

Familier

Karbonanhydrase ble opprinnelig funnet i de røde blodlegemene til kyr.

Minst fem forskjellige CA -familier gjenkjennes: , , , og . Disse familiene har ingen signifikant likhet mellom aminosyresekvensen og antas i de fleste tilfeller å være et eksempel på konvergent evolusjon . -CA finnes hos mennesker.

-CA

Vertebrater , alger og noen bakterier har denne CA -familien.

CA -enzymene som finnes i pattedyr er delt inn i fire brede undergrupper, som igjen består av flere isoformer:

Det er ytterligere tre "akatalytiske" humane karbonanhydrase-isoformer ( CA-VIII , CA-X og CA-XI ) ( CA8 , CA10 , CA11 ) hvis funksjoner er uklare.

Sammenligning av karboniske anhydraser fra pattedyr
Isoform Gene Molekylær
masse

(kDa)
plassering Spesifikk aktivitet av
menneskelige  enzymer, (s 1 )
Følsomhet for
sulfonamider ,
K I (nM)
Celle Vev
CA-I CA1 29 cytosol røde blodlegemer og GI -tarmkanalen 2.0 × 10 5 250
CA-II CA2 29 cytosol nesten allestedsnærværende 1,4 × 10 6 12
CA-III CA3 29 cytosol 8% løselig protein i type I -muskler 1,3 × 10 4 240000
CA-IV CA4 35 ekstracellulær GPI -koblet Mage -tarmkanalen , nyre , endotel 1,1 × 10 6 74
CA-VA CA5A 34,7 (spådd) mitokondrier lever 2,9 x 10 5 63
CA-VB CA5B 36,4 (spådd) mitokondrier vidt distribuert 9,5 x 10 5 54
CA-VI CA6 3942 sekretær spytt og melk 3,4 x 10 5 11
CA-VII CA7 29 cytosol vidt distribuert 9,5 x 10 5 2.5
CA-IX CA9 54, 58 cellemembran -assosiert normal GI -kanal , flere kreftformer 1,1 × 10 6 16
CA-XII CA12 44 ekstracellulært lokalisert aktivt nettsted nyre , visse kreftformer 4,2 x 10 5 5.7
CA-XIII CA13 29 cytosol vidt distribuert 1,5 x 10 5 16
CA-XIV CA14 54 ekstracellulært lokalisert aktivt nettsted nyre , hjerte , skjelettmuskulatur , hjerne 3,1 x 10 5 41
CA-XV CA15 3436 ekstracellulær GPI -koblet nyre , ikke uttrykt i menneskelig vev 4,7 x 10 5 72

-CA

De fleste prokaryote og plantekloroplast CA'er tilhører beta -familien. To signaturmønstre for denne familien er identifisert:

  • C- [SA] -DSR- [LIVM] -x- [AP]
  • [EQ]-[YF] -A- [LIVM] -x (2)-[LIVM] -x (4)-[LIVMF] (3) -xGHx (2) -CG

-CA

Gamaklassen av CA kommer fra metanogener , metanproduserende bakterier som vokser i varme kilder.

-CA

Delta -klassen av CA er beskrevet i kiselalger . Skillet mellom denne klassen av CA har imidlertid nylig kommet i tvil.

-CA

Zeta-klassen av CA forekommer utelukkende i bakterier i noen få kjemolitotrofer og marine cyanobakterier som inneholder cso- karboksysomer . Nylige tredimensjonale analyser antyder at -CA har en strukturell likhet med -CA, spesielt nær metallionstedet. Dermed kan de to formene være fjernt beslektet, selv om den underliggende aminosyresekvensen siden har avviket betydelig.

-CA

Eta -familien av CAer ble nylig funnet i organismer av slekten Plasmodium . Dette er en gruppe enzymer som tidligere antas å tilhøre alfa-familien av CA-er, men det har blitt påvist at -CA-er har unike egenskaper, for eksempel deres metallion-koordineringsmønster.

-CA

Jota -klassen er den siste klassen av CA -er som er beskrevet. Den har blitt oppdaget i det marine kiselalderen Thalassiosira pseudonana , og er utbredt blant marine planteplankton. I diatomer er -CA avgjørende for CO 2 -konsentrerende mekanismer, og - i motsetning til andre CA -klasser - kan den bruke mangan i stedet for sink som metallkofaktor. Homologer av -CA har også blitt bekreftet i gramnegative bakterier, hvor de kan være tilstede som en proteinhomodimer.

Struktur og funksjon

Flere former for karbonanhydrase forekommer i naturen. I den best studerte a-karbonsyreanhydraseformen som finnes hos dyr, koordineres sinkionen av imidazolringene til 3 histidinrester , His94, His96 og His119.

Enzymets primære funksjon i dyr er å omdanne karbondioksid og bikarbonat for å opprettholde syre-base-balansen i blod og annet vev, og å hjelpe til med å transportere karbondioksid ut av vev.

Det er minst 14 forskjellige isoformer hos pattedyr. Planter inneholder en annen form som kalles -karbonsyreanhydrase , som fra et evolusjonært synspunkt er et tydelig enzym, men deltar i den samme reaksjonen og også bruker et sinkion på det aktive stedet. I planter hjelper karbonanhydrase med å øke konsentrasjonen av CO 2 i kloroplasten for å øke karboksyleringshastigheten til enzymet RuBisCO . Dette er reaksjonen som integrerer CO 2 i organiske karbonsukker under fotosyntesen , og kan bare bruke CO 2 -formen av karbon, ikke kolsyre eller bikarbonat.

Kadmiumholdig karbonanhydrase

Marine kiselalger har vist seg å uttrykke en ny form for karbonanhydrase. T. weissflogii , en art av fytoplankton som er vanlig for mange marine økosystemer, ble funnet å inneholde karbonanhydrase med et kadmiumion i stedet for sink. Tidligere hadde man trodd at kadmium var et giftig metall uten noen som helst biologisk funksjon. Imidlertid ser det ut til at denne fytoplanktonarten har tilpasset seg de lave nivåene av sink i havet ved å bruke kadmium når det ikke er nok sink. Selv om konsentrasjonen av kadmium i sjøvann også er lav (omtrent 1x10 16 molar ), er det en miljøfordel ved å kunne bruke enten metall avhengig av hvilket som er mer tilgjengelig på den tiden. Denne typen karbonsyreanhydrase er derfor kambialistisk, noe som betyr at den kan bytte ut metallet på det aktive stedet med andre metaller (nemlig sink og kadmium).

Likheter med andre karboniske anhydraser

Mekanismen for kadmiumkarbonanhydrase (CDCA) er i hovedsak den samme som for andre karboniske anhydraser ved omdannelse av karbondioksid og vann til bikarbonat og et proton. I tillegg, som de andre karboniske anhydrasene, får CDCA reaksjonen til å gå nesten like raskt som diffusjonshastigheten til substratene, og den kan hemmes av sulfonamid og sulfamatderivater .

Forskjeller fra andre karbonholdige anhydraser

I motsetning til de fleste andre karbonholdige anhydraser, er metallionet på det aktive stedet ikke bundet av tre histidinrester og et hydroksydion. I stedet er det bundet av to cysteinrester , en histidinrest og et hydroksydion, som er karakteristisk for -CA. På grunn av at kadmium er en myk syre , vil den bli tettere bundet av myke baseligander. De svovelatomer på cysteinrestene er myke baser, således binding av kadmium mer tett enn det nitrogenet på histidinrester ville. CDCA har også en tredimensjonal foldestruktur som er ulik alle andre karbonsyreanhydrase, og aminosyresekvensen er ulik de andre karboniske anhydrasene. Det er en monomer med tre domener, hver identisk i aminosyresekvens og hver inneholder et aktivt sted med et metallion.

En annen viktig forskjell mellom CDCA og de andre karboniske anhydrasene er at CDCA har en mekanisme for å slå ut kadmiumionet for et sinkion i tilfelle sink blir mer tilgjengelig for fytoplankton enn kadmium. Det aktive stedet for CDCA er i hovedsak "gated" av en kjede på ni aminosyrer med glycinrester i posisjon 1 og 9. Normalt forblir denne porten lukket og kadmiumionen er fanget inne. På grunn av fleksibiliteten og posisjonen til glycinrestene kan denne porten imidlertid åpnes for å fjerne kadmiumionen. Et sinkion kan deretter settes på plass, og porten lukkes bak det. Som en grensesyre vil sink ikke binde seg så tett til cysteinligandene som kadmium ville, men enzymet vil fortsatt være aktivt og rimelig effektivt. Metallet på det aktive stedet kan byttes mellom sink og kadmium avhengig av hvilket som er mer rikelig på den tiden. Det er CDCAs evne til å bruke enten kadmium eller sink som sannsynligvis gir T. weissflogii en overlevelsesfordel.

Transport av kadmium

Kadmium regnes fortsatt som dødelig for fytoplankton i store mengder. Studier har vist at T. weissflogii har en første giftig respons på kadmium når den utsettes for den. Metallens toksisitet reduseres ved transkripsjon og translasjon av fytokelatin , som er proteiner som kan binde og transportere kadmium. Når kadmium er bundet av fytokelatin, er det ikke lenger giftig, og det kan trygt transporteres til CDCA -enzymet. Det er også vist at opptaket av kadmium via fytokelatin fører til en betydelig økning i CDCA -uttrykk.

CDCA-lignende proteiner

Andre planteplankton fra forskjellige vannkilder har blitt testet for tilstedeværelse av CDCA. Det ble funnet at mange av dem inneholder proteiner som er homologe med CDCA funnet i T. weissflogii . Dette inkluderer arter fra Great Bay, New Jersey samt i Stillehavet nær ekvator . I alle artene som ble testet, viste CDCA-lignende proteiner høye ekspresjonsnivåer selv i høye konsentrasjoner av sink og i fravær av kadmium. Likheten mellom disse proteinene og CDCA uttrykt av T. weissflogii varierte, men de var alltid minst 67% like.

Karbonfangst og -sekvestrering

Karbonanhydrase kan i prinsippet vise seg å være relevant for karbonfangst . Noen karbonholdige anhydraser tåler temperaturer opp til 107 ° C og ekstrem alkalinitet (pH> 10). En pilotkjøring med den mer stabile CA på en røykrør som besto av 1213% mol-sammensetning CO hadde en fangsthastighet på 63,6% over en 60-timers periode uten merkbare effekter på enzymytelsen. CA ble plassert i en N-metyldietanolamin (MDEA) løsning der det tjente til å øke konsentrasjonsforskjellen (drivkraften) til CO 2 mellom røykstrømmen til kraftverket og væskefasen i en væskegass-kontaktor.

Se også

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker

  • Oversikt over all strukturell informasjon tilgjengelig i PDB for UniProt : P00918 (Human Carbonic anhydrase 2) på PDBe-KB .

Opiniones de nuestros usuarios

Joachim Bøe

Det er alltid godt å lære. Takk for artikkelen om Karbonanhydrase.

Beate Nordli

Flott oppdagelse denne artikkelen om Karbonanhydrase og hele siden. Den går rett til favoritter.

Arne Simonsen

Det er en god artikkel om Karbonanhydrase. Den gir nødvendig informasjon, uten utskeielser.