catalasa

María Belén dueñas JaramilloGrupos 7

CATALASA

Es una enzima que se encuentra en las células de los tejidos animales y vegetales, en los peroxisomas; cuya peso molecular es de 250000 (EC 1,11,1,6). Esta enzima cataliza la descomposición del peróxido de hidrógeno (H202) en oxígeno y agua. El peróxido de hidrógeno es un residuo del metabolismo celular de muchos organismos vivos, pero dada su toxicidad debe transformarse rápidamente en compuestos menos peligrosos. Para ello se usa con frecuencia esta enzima que cataliza su descomposición en agua y oxígeno.

Además la catalasa se usa en la industria textil para la eliminación del peróxido de hidrógeno, así como en menor medida se emplea en la limpieza de lentes de contacto que se han esterilizado en una solución de peróxido de hidrógeno. Esta enzima puede actuar como una peroxidasa para muchas sustancias orgánicas, especialmente para el etanol que actúa como donante de hidrógeno. Las enzimas de muchos microrganismos, como el Penicillium simplicissimum, que exhiben actividad de catalasa y peroxidasa, son frecuentemente llamadas catalasas-peroxidasas.

H2O2 + Fe(III)-E → H2O + O=Fe(IV)-EH2O2 + O=Fe(IV)-E → H2O + Fe(III)-E + O2

Donde Fe-E representa el núcleo de hierro del grupo hemo unido a la enzima que actúan como cofactores.

El centro activo de la catalasa es una clase de proteínas hemo denominada citocromos. El hemo de la catalasa es un complejo de hierro y porfirina de alto giro de protoporfirina IX. La protoporfirina es una nomenclatura alternativa para el grupo hemo de la catalasa; define sus propiedades químicas.

Un citocromo consiste en uno o mas grupos prostéticos de hemo unidos por una apoproteina hemo compuesta por porfirina (cuatro anillos pirroles unidos por puentes =CH) mas un átomo de hierro central que en la reducción acepta un único electrón. El hierro por lo general forma una coordinación compleja octaédrica con seis ligandos, cuatro de estos son átomos de N de los pirroles que contienen el hierro dentro del plano del anillo porfirina y los otros dos son átomos adecuados en los residuos del aminoácido adyacente. Los átomos del carbono meso son metinil carbonos (4) que se unen alos anillos de pirroles; cada metinil o carbono meso lleva una átomo de hidrogeno. Es un tetrámero en el que cada unidad de proteína contiene una porfirina con hierro; solo una de esta reacciona en el proceso catalítico. Los cuatro átomos de hierro es en la proteína hemo están en el estado oxidado. En las catalasas, el grupo hemo es el radical orgánico; en el citocromo c peroxidasa y en otras peroxidasas, el radical esta situado en la cadena lateral o en un átomo de azufre de un aminoácido.


La deficiencia en catalasa produce acatalasia. Esta enfermedad estácaracterizada por la ausencia de actividad de la catalasa en los glóbulos rojos y se asocia con las lesiones orales ulcerantes.

REACCION CATALITICA

El H2O2, si se acumula, es toxico para las bacterias y produce su muerte. La catalasa puede descomponer el H2O2, u oxidar sustratos secundarios, pero no tiene ninguna acción contra otros peróxidos. El H2O2 se descompone por medio de la acción de dos enzimas:

Catalasa (peróxido de hidrogeno oxidoreductasa) Cualquier otra peroxidasa, NADH, fosfato de nicotina mina adenina

dinucleotido reducido (NADPH), citocromo c glutatión.La descomposición catalítica de H2O2 involucra la reducción del hierro trivalente en la catalasa por H2O2 a su forma reducida y la reoxidacion de este ultimo por el oxigeno. La catalasa puede funcionar de dos modos distintos: en el catabolismo del H2O2 (REACCION CATALITICA) o en la oxidación perioxidativa de pequeños sustratos como el alcohol etílico, el alcohol de metileno o el mercurio elemental (Hg0).

Existen vías metabólicas dominantes entre la ferricatalasa y el compuesto I. el H2O2, un poderoso agente oxidante, es una molécula estable que puede acumularse en una concentración alta. La catalasa cataliza la dismutacion del H2O2 de un estado reducido a un estado oxidado, compuesto I, y regresa a un estado reducido, la catalasa nativa. La estructura del compuesto I no es un complejo enzima-sustrato de peroxidasa y H2O2. El compuesto I de catalasa nativa no puede reducirse por los agentes reductores comunes. El compuesto I es un intermediario común en la reducción de peróxidos; las proporciones son independientes del pH. El pH óptimo para la actividad de la catalasa es de 7.0.

REACCION PEROXIDATIVA- MODO DE ACCION DE LA CATALASA

Los compuestos I. II y III son derivados peróxidos de la enzima. Ni II ni III se producen en la reacción catalítica; son inactivos. Las peroxidasas por lo general difieren de las catalasas en que ningún sustrato orgánico podrá convertir directamente el compuesto I en la enzima nativa. El radical del compuesto I es más reactivo que el compuesto II. La catalasa puede tornarse inactiva por una cancentracion alta de sustrato, probablemente por la conversión a un derivado tetra peróxido, el compuesto III, este no es reactivo para la mayoría de los reductores.El compuesto I de la catalasa puede reaccionar con un numero limitado de dadores de hidrogeno como el etanol o el metanol y los oxida utilizando el oxigeno de una única molécula de H2O2 en un paso de oxidación de dos electrones. La oxidación ocurre con dos transferencias separadas de un electrón: la reducción del compuesto I al compuesto II y la oxidación de AH2 a AH(las formas reducida y oxidad de los dadores adecuados del electrón.Una amplia variedad de compuestos orgánicos puede actuar como AH2 . Además del H202, Los sustratos para la catalasa incluyen varios alcoholes. Formaldehido hidratado (H2C(OH)2), acido nitroso yacido fórmico. Asimismo pueden utilizarse sustratos inespecíficos como amina aromática, fenoles y ácidos aromáticos. La catalasa puede usar el H202 para oxidar los alcoholes metílico y etílico a sus aldehídos correspondientes.


PEROXIDASA

Es una enzima (EC 1.11.1.7) que cataliza la oxidación de un amplio número de sustratos orgánicos e inorgánicos, utilizando el poder oxidante del peróxido de hidrógeno.

Esta enzima utiliza como cofactor el grupo hemo. Es utilizada ampliamente en bioquímica clínica. Así, los ensayos para la determinación y cuantificación de metabolitos como glucosa, ácido úrico, colesterol o triglicéridos en fluidos biológicos usan peroxidasa como enzima acoplada. También se utiliza en inmunoensayos para la detección de virus tan conocidos como el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) causante del sida o el herpesvirus. La peroxidasa también se utiliza como biocatalizador para la generación de productos de interés biotecnológico e industrial como resinas fenólicas, adhesivos, antioxidantes, antiestáticos y protectores de radiación magnética, colorantes alimentarios y componentes bioactivos de detergentes.

Los genes de las peroxidasas humanas expresan una cadena ligera y una cadena larga. Las enzimas activas son un heterotetrámero de 2 cadenas ligeras y 2 cadenas pesadas. Como cofactores necesitan un ion de calcio por cadaheterodímero formado de una cadena ligera y una cadena larga, y un grupo hemo B (hierro-protoporfirina IX) unido covalentemente a través de enlaces tipo éster a grupos metilo hidroxilados. Estos enlaces se formanautocatalíticamente con el peróxido de hidrógeno en las posiciones C-1 y C-5 del hemo. Los tipos de enzima peroxidasa humanos son los siguientes:

Eosinofil peroxidasa (EPX).-Esta enzima se expresa en los gránulos citoplasmáticos de los eosinófilos. La deficiencia de eosinofil peroxidasa (EPD) es un defecto autosomal recesivo en donde los eosinófilos anómalos están caracterizados por hipersegmentación nuclear, hipogranulación y tinción negativa por peroxidasa y fosfolípidos.

Lactoperoxidasa (LPO).- Esta enzima es secretada al exterior y se expresa en las glándulas mamarias y salivales.

Mieloperoxidasa (MPO).-Esta enzima es parte del sistema de defensa de los leucocitos polimorfonucleares(PMN). Es responsable de la actividad microbicida contra un amplio espectro de organismos. En los


PMNestimulados, la MPO cataliza la producción ácidos hipohalogenosos, principalmente ácido hipocloroso, y otrosintermedios tóxicos que aumentan poderosamente la actividad microbicida.

La MPO se encuentra en los lisosomas y se conocen 3 isoformas (isoforma A, B y C). La deficiencia demieloperoxidasa (MPD) es un defecto autosomal recesivo que produce candidiasis diseminada.

Peroxidasa Vascular 1 (PXDN).- Esta enzima es un homólogo de la peroxidasina de la drosophila. Se expresa enaltos niveles en el corazón, pulmones, ovarios, bazo, intestinos y placenta, y en bajos niveles en el hígado, páncreas, riñones, timo, músculos y próstata. También se expresa en los tumores como el melanoma, cáncer de mama, cáncer de ovarios y glioblastoma. En todos los casos esta enzima es secretada por las células. Se conocen dos isoformas de esta enzima.

Peroxidasa Vascular 2 (PXDNL).- Esta enzima también es un homólogo de la peroxidasina de la drosophila y también es secretada por sus células productoras. Se conocen 2 isoformas.

Enzima peroxidasa versátil.- La enzima peroxidasa versátil (VP) EC 1.11.1.16 cataliza la reacción:

Donante + H2O2 = Donante oxidado + H2O

Es producida por el hongo ligninolítico Pleurotus eryngii y tiene la misma especificad que las otras dos enzimasperoxidasas lignolíticas, la manganeso peroxidasa y la lignina peroxidasa. Para esta enzima son necesarios como cofactores 1 grupo hemo B (hierro-protoporfirina IX) y 2 iones calcio por subunidad. Existen tres tipos de esta proteína:

Peroxidasa versátil de fase líquida 1 (VPL1)

Peroxidasa versátil de fase líquida 2 (VPL2)

Peroxidasa versátil de fase sólida 1 (VPS1)

Aplicaciones

La peroxidasa se emplea para el tratamiento industrial de aguas contaminadas: por ejemplo, los fenoles pueden eliminarse mediante su polimerización catalizada mediante la peroxidasa deArmoracia rusticana.En caballo, la actividad promedio de la enzima mieloperoxidasa en sinovia está relacionada con la presencia de artritis séptica, por lo que puede emplearse como marcador.En investigación, es muy usada para el marcaje de anticuerpos en técnicas como el Western blot o ELISA. De esta forma se detecta la presencia de la enzima (del anticuerpo y, en último término, del antígeno) mediante la detección de la reacción química que cataliza.

catalasa

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