过氧化氢酶:酶类清除剂-中文百科频道

简介

过氧化氢酶（ＨｙｄｒｏｇｅｎＰｅｒｏｘｉｄａｓｅ）又称触酶（Ｃａｔａ－ｌａｓｅ，ＣＡＴ），是一类广泛存在于动物、植物和微生物体内的末端氧化酶，酶分子结构中含有铁卟啉环，１个分子酶蛋白中含有４个铁原子。过氧化氢酶是在生物演化过程中建立起来的生物防御系统的关键酶之一，其生物学功能是催化细胞内过氧化氢分解，防止过氧化。过氧化氢酶的研究可追溯到１９世纪初，迄今它已经成为农业，以及与之相关的食品与乳制品业、纸浆和造纸业、以及农业环保产业中有应用价值的酶之一。过氧化氢酶存在于红细胞及某些组织内的过氧化体中，它的主要作用就是催化H2O2分解为H2O与O2，使得H2O2不至于与O2在铁螯合物作用下反应生成非常有害的-OH过氧化氢酶的作用是使过氧化氢还原成水: 2H2O2 → O2 + 2H2O

触酶

过氧化氢酶（CAT）是一种酶类清除剂，又称为触酶，是以铁卟啉为辅基的结合酶。它可促使H2O2分解为分子氧和水，清除体内的过氧化氢，从而使细胞免于遭受H2O2的。CAT作用于过氧化氢的机理实质上是H2O2的歧化，必须有两个H2O2先后与CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能发生反应。H2O2浓度越高，分解速度越快。

来源

几乎所有的生物机体都存在过氧化氢酶。其普遍存在于能呼吸的生物体内，主要存在于植物的叶绿体、线粒体、内质网、动物的肝和红细胞中，其酶促活性为机体提供了抗氧化防御机理。

CAT是红血素酶，不同的来源有不同的结构。在不同的组织中其活性水平高低不同。过氧化氢在肝脏中分解速度比在脑或心脏等器官快，就是因为肝中的CAT含量水平高。

H2O2 分解酶

这是一种稳定的过氧化氢分解酶, 能将过氧化氢分解成水和氧气, 而对纤维和染料没有影响, 因而漂白后染色前, 通过H2O2 分解酶去除漂白织物上和染缸中残留的过氧化氢, 以避免纤维的进一步氧化和染色时染料的氧化。同时能缩短加工时间,减少水洗用水, 降低废水量。尤其对纱线、筒子纱和针织物更为适用。

同样, 过氧化氢分解酶随pH 值和温度的改变, 其活力随之变化, 在pH7 左右和30～40 ℃活性最大。过氧化氢浓度增大, 会加快分解反应速度, 但必须注意当浓度大于一定量时, 酶的作用将减弱, 这样过多的残留H2O2 对纤维和染料是不利的。所以不能因为有了H2O2 分解酶, 就能任意地加大H2O2 的用量。

使用时, 通常要注意H2O2 分解酶对常用表面活性剂和H2O2 稳定剂的相容性, 实际生产应用pH为6～8 , 温度20～55 ℃, 酶用量5～10KCLU/ 升,时间10～20min。此技术已慢慢地被国内所认识和接受, 它对提高活性染料色泽鲜艳度很有利。

酶可促进漂白

要说明的是用酶可促进漂白的进行, 羊毛在含有蛋白酶Bactosol ST的过氧化氢漂液中漂白, 可显著提高羊毛的白度和亲水性。这是由于酶促进羊毛纤维初始受到快速的浸蚀, 致使羊毛漂白较易进行。从此原理出发, 将蛋白酶对羊毛先预处理, 使纤维表面裸露, 再进行漂白, 显然效果更好, 且纤维损伤也易控制。

历史

作为一种物质，过氧化氢酶是在1811年被过氧化氢（H2O2）的发现者泰纳尔（Louis Jacques Thénard）首次发现。

1900年，Oscar Loew将这种能够降解过氧化氢的酶命名为“catalase”，即过氧化氢酶，并发现这种酶存在于许多植物和动物中。1937年，詹姆斯·B·萨姆纳将来自牛肝中的过氧化氢酶结晶，并在次年获得了该酶的分子量。1969年，牛的过氧化氢酶的氨基酸序列得以解出。而后，1981年，其三维结构得以解析。

功能

过氧化氢是一种代谢过程中产生的废物，它能够对机体造成损害。为了避免这种损害，过氧化氢必须被快速地转化为其他无害或毒性较小的物质。而过氧化氢酶就是常常被细胞用来催化过氧化氢分解的工具。

但过氧化氢酶真正的生物学重要性并不是如此简单：研究者发现基因工程改造后的过氧化氢酶缺失的小鼠依然为正常表现型，这就表明过氧化氢酶只是在一些特定条件下才对动物是必不可少的。

一些人群体内的过氧化氢酶水平非常低，但也不显示出明显的病理反应。这很有可能是因为正常哺乳动物细胞内主要的过氧化氢清除剂是过氧化物还原酶（peroxiredoxin），而不是过氧化氢酶。

过氧化氢酶通常定位于一种被称为过氧化物酶体的细胞器中。植物细胞中的过氧化物酶体参与了光呼吸（利用氧气并生成二氧化碳）和共生性氮固定（将氮气(N2)解离为活性氮原子）。

但细胞被病原体感染时，过氧化氢可以被用作一种有效的抗微生物试剂。部分病原体，如结核杆菌、嗜肺军团菌和空肠弯曲菌，能够生产过氧化氢酶以降解过氧化氢，使得它们能在宿主体内存活。

在生物体中的分布

过氧化氢酶存在于所有已知的动物的各个组织中，特别在肝脏中以高浓度存在。在投弹手甲虫（bombardier beetle）中，过氧化氢酶具有独特用途。这种甲虫具有两套分开储存于腺体中的化学物。大的腺体中储存着对苯二酚和过氧化氢，而小的腺体中储存着过氧化氢酶和辣根过氧化物酶。当甲虫将两个腺体中的化学物质混合在一起时，就会释放出氧气，而氧气既可以氧化对苯二酚又可以作为助推剂。

过氧化氢酶也普遍存在于植物中，但不包括真菌，虽然有些真菌被发现在低pH值和温暖的环境下能够产生该酶。

绝大多数需氧微生物都含有过氧化氢酶[4]。例外包括streptococcus，一种没有过氧化氢酶的需氧细菌。部分厌氧微生物，如Methanosarcina barkeri，也含有过氧化氢酶。

应用

过氧化氢酶在食品工业中被用于除去用于制造奶酪的牛奶中的过氧化氢。过氧化氢酶也被用于食品包装，防止食物被氧化。在纺织工业中，过氧化氢酶被用于除去纺织物上的过氧化氢，以保证成品是不含过氧化物的。它还被用在隐形眼镜的清洁上：眼镜在含有过氧化氢的清洁剂中浸泡后，使用前再用过氧化氢酶除去残留的过氧化氢。近年来，过氧化氢酶开始使用在美容业中。一些面部护理中加入了该酶和过氧化氢，目的是增加表皮上层的细胞氧量。

过氧化氢酶在实验室中还常常被用作了解酶对反应速率影响的工具。