過氧化氫酶

CAS:9001-05-2

CATALASE生工1101過氧化氫酶概述發(fā)現(xiàn)歷史基本性質(zhì)來源及反應(yīng)機(jī)制檢測(cè)分布與分離功能與應(yīng)用發(fā)現(xiàn)歷史：作為一種物質(zhì)，過氧化氫酶是在1811年被過氧化氫（H2O2）的發(fā)現(xiàn)者泰納爾（LouisJacquesThénard）首次發(fā)現(xiàn)。1900年，OscarLoew將這種能夠降解過氧化氫的酶命名為“Catalase”，即過氧化氫酶，并發(fā)現(xiàn)這種酶存在于許多植物和動(dòng)物中。1937年，詹姆斯·B·薩姆納將來自牛肝中的過氧化氫酶結(jié)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。而后，1981年，其三維結(jié)構(gòu)得以解析。1.過氧化氫酶的概述

過氧化氫酶是催化過氧化氫分解成氧和水的酶，存在于細(xì)胞的過氧化物體內(nèi)。(又稱：觸酶;接觸酶;氧化酵素;氯化酵素;過氧化氫酶;血中氧化酶;過氧化氫酵酶;過氧化氫放氧酶;(牛肝中)過氧化氫酶是過氧化物酶體的標(biāo)志酶,約占過氧化物酶體酶總量的40%。過氧化氫酶在食品工業(yè)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。簡(jiǎn)介：過氧化氫酶又稱觸酶（ＣＡＴ）是以鐵卟啉為輔基的結(jié)合酶，在20

°C時(shí)密度為1.06

g/mL

，儲(chǔ)存條件

:2--8°C，酶分子結(jié)構(gòu)中含有鐵卟啉環(huán)，１個(gè)分子酶蛋白中含有４個(gè)鐵原子。

三維立體圖過氧化氫酶是在生物演化過程中建立起來的生物防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶之一，其生物學(xué)功能是催化細(xì)胞內(nèi)過氧化氫分解，防止過氧化。生理特性：酶活力：1分子的過氧化氫酶在1min內(nèi)約可使500萬個(gè)過氧化氫分子分解。除了進(jìn)行一些正常生理代謝活動(dòng)，過氧化氫酶也能夠氧化其他一些細(xì)胞毒性物質(zhì)，如甲醛、甲酸、苯酚和乙醇。任何重金屬離子（如銅離子）可以作為過氧化氫酶的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。另外，劇毒性的氰化物是過氧化氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，可以緊密地結(jié)合到酶中的血紅素上，阻止酶的催化反應(yīng)。來源：天然存在于好氣性微生物、哺乳動(dòng)物的紅血球、肝臟(極豐富)等中。幾乎所有的生物機(jī)體都存在過氧化氫酶。其普遍存在于能呼吸的生物體內(nèi)，主要存在于植物的葉綠體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、動(dòng)物的肝和紅細(xì)胞中，其酶促活性為機(jī)體提供了抗氧化防御機(jī)理。反應(yīng)機(jī)制：基本理論：CAT作用于過氧化氫的機(jī)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(yīng)。H2O2濃度越高，分解速度越快。雖然過氧化氫酶完整的催化機(jī)制還沒有完全被了解，但其催化過程被認(rèn)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(jié)合在酶上的血紅素基團(tuán)（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(yīng)式中的血紅素也就表示為自由基陽離子（.+).具體反應(yīng)機(jī)制：過氧化氫進(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(jié)合，生成水分子和Fe(IV)=O。Fe(IV)=O與第二個(gè)過氧化氫分子反應(yīng)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(yīng)活性可能由于357位上酪氨酸殘基（Tyr357）的苯酚基側(cè)鏈的存在（幫助Fe(III）氧化為Fe(IV））而得以提高。反應(yīng)的效率可能是通過His74和Asn147與反應(yīng)中間體作用而得以提高。[12]該反應(yīng)的速率通?？梢酝ㄟ^米氏方程來確定。[2]檢測(cè)：進(jìn)行中的過氧化氫酶檢測(cè)，可以觀察到氣泡。過氧化氫酶檢測(cè)是微生物學(xué)家鑒定細(xì)菌種類的主要的三種檢測(cè)手段之一，即用過氧化氫來檢測(cè)過氧化氫酶是否存在。假如細(xì)菌中含有過氧化氫酶，則在過氧化氫溶液中加入少量細(xì)菌提取物就能觀察到氧氣氣泡生成。有氣泡生成，則該菌被認(rèn)為是呈“過氧化氫酶陽性”。如葡萄球菌和微球菌。沒有，則該菌被認(rèn)為是呈“過氧化氫酶陰性”。如鏈球菌和腸球菌。雖然過氧化氫酶檢測(cè)無法鑒定特定生物體，但與其他檢測(cè)方法結(jié)合，它可以有效地幫助診斷。分布： 過氧化氫酶天然存在于所有已知的動(dòng)物的各個(gè)組織中、好氣性微生物、哺乳動(dòng)物的紅血球、肝臟(極豐富)等中。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(fā)現(xiàn)在低pH值和溫暖的環(huán)境下能夠產(chǎn)生該酶。絕大多數(shù)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(xì)菌。部分厭氧微生物，如Methanosarcinabarkeri，也含有過氧化氫酶。例如：

CAT是紅血素酶，不同的來源有不同的結(jié)構(gòu)。在不同的組織中其活性水平高低不同。過氧化氫在肝臟中分解速度比在腦或心臟等器官快，就是因?yàn)楦沃械腃AT含量水平高。分離；1.以牛肝為原料，在35%二氧六環(huán)中勻漿，過濾后用二氧六環(huán)沉淀，飽和硫酸銨結(jié)晶得產(chǎn)品。（過氧化氫酶以牛肝為原料采用水浸提法提取,它既是氧化劑又是還原劑）2.由黑曲霉變種(Aspergillusnigervar.)在通風(fēng)攪拌等控制條件下培養(yǎng)而得。3.由溶纖維蛋白小球菌(Micrococcuslysodeikticus)的深層發(fā)酵液提取精制而成。功能：過氧化氫酶真正的生物學(xué)重要性并不是如此簡(jiǎn)單：過氧化氫酶通常定位于一種被稱為過氧化物酶體的細(xì)胞器中。植物細(xì)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（將氮?dú)?N2）解離為活性氮原子）。但細(xì)胞被病原體感染時(shí)，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(jié)核桿菌、嗜肺軍團(tuán)菌和空腸彎曲菌，能夠生產(chǎn)過氧化氫酶以降解過氧化氫，使得它們能在宿主體內(nèi)存活。生物學(xué)作用：在投彈手甲蟲（bombardierbeetle）中，過氧化氫酶具有獨(dú)特用途。這種甲蟲腹部的腺體中存有對(duì)苯二酚和過氧化氫，受到威脅時(shí)這兩種物質(zhì)可在一個(gè)含有過氧化氫酶和辣根過氧化物酶的空腔中混合。過氧化氫在酶的催化作用下放出氧氣，也把對(duì)苯二酚氧化為對(duì)苯醌，反應(yīng)劇烈放熱，使混合物沸騰氣化，連同氧氣的助推作用，將混合物噴出。過氧化氫酶的應(yīng)用：過氧化氫酶應(yīng)用也是相當(dāng)廣泛的，其主要應(yīng)用于食品、紡織、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)。食品方面的應(yīng)用：作為酶制劑，主要用于干酪、牛奶和蛋制品等的生產(chǎn)，以消除由紫外線照射時(shí)產(chǎn)生過氧化氫而造成的特異臭味；亦可用作面包制造時(shí)的疏松劑。在牛奶中的最高用量為20mg/kg。可用于食品的防腐、牛奶的殺菌脫糖等常用診斷用酶。配合偶聯(lián)反應(yīng)，測(cè)定葡萄糖等。食物防腐、分解過氧化氫。生化試劑用于生化研究、食物防腐，臨床上常用作診斷酶，測(cè)定葡萄糖含量。漂白作用：要說明的是用酶可促進(jìn)漂白的進(jìn)行，羊毛在含有蛋白酶BactosolST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(jìn)羊毛纖維初始受到快速的浸蝕，致使羊毛漂白較易進(jìn)行。從此原理出發(fā)，將蛋白酶對(duì)羊毛先預(yù)處理，使纖維表面裸露，再進(jìn)行漂白，顯然效果更好，且纖維損傷也易控制。紡織行業(yè)應(yīng)用：其他應(yīng)用：它還被用在隱形眼鏡的清潔上：眼鏡在含有過氧化氫的清潔劑中浸泡后，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(yè)中。一些面部護(hù)理中加入了該酶和過氧化氫