Фермент каталаза и его свойства - Timbro.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Фермент каталаза и его свойства

Фермент каталаза: основные особенности

Каталаза – фермент, обнаруженный почти во всех живых организмах. Основная его функция – катализировать реакцию разложения перекиси водорода до безвредных для организма веществ. Каталаза имеет большое значение для жизнедеятельности клеток, так как защищает их от разрушения активными формами кислорода.

Общие сведения

Фермент каталаза относится к оксидоредуктазам – обширному классу ферментов, которые катализируют перенос электронов от молекулы-восстановителя (донора) к молекуле-окислителю (акцептору).

Оптимальный pH для работы каталазы в человеческом организме около 7, однако, скорость реакции существенно не изменяется при значениях показателя водорода от 6,8 до 7,5. Оптимальное значение рН для других каталаз колеблется от 4 до 11, в зависимости от вида организма. Оптимальная температура также различается, для человека это около 37 о С.

Каталаза – один из самых быстрых ферментов. Всего одна его молекула способна превращать миллионы молекул перекиси водорода в воду и кислород за секунду. С точки зрения энзимологии это значит, что для фермента каталазы характерно большое число оборотов.

Структура фермента

Каталаза представляет собой тетрамер из четырех полипептидных цепей, каждая из которых имеет длину более 500 аминокислот. Фермент имеет в составе четыре группы порфирового гема, благодаря которым и вступает в реакцию с активными формами кислорода. Окисленный гем представляет собой простетическую группу каталазы.

История открытия

Каталаза не была известна ученым до 1818 года, пока Луи Жак Тенар, химик обнаруживший в живых клетках перекись водорода, не предположил, что ее разрушение связано с действием ранее неизвестного биологического вещества.

В 1900 году немецкий химик Оскар Лев первым ввел термина «каталаза» для обозначения таинственного вещества, разлагающего перекиси. Он же сумел ответить на вопрос, где содержится фермент каталаза. В результате многочисленных экспериментов Оскар Лев выявил, что данный фермент характерен почти для всех животных и растительных организмов. В живой клетке, как и многие другие ферменты, каталаза содержится в пероксисомах.

В 1937 году впервые удалось кристаллизоваться каталазу из говяжьей печени. В 1938 году была определена молекулярная масса фермента – 250 кДа. В 1981 году ученые получили изображение трехмерной структуры бычьей каталазы.

Катализ перекиси водорода

Несмотря на то, что пероксид водорода – продукт многих нормальных метаболических процессов, для организма он не является безвредным.

Реакция разложения пероксида водорода в живых тканях:

Молекулярный механизм расщепления перекиси водорода ферментом каталазой пока точно не изучен. Предполагается, что реакция проходит в два этапа – на первом этапе железо в составе простетической группы каталазы связывается с атомом кислорода перекиси, при этом выделяется одна молекула воды. На втором этапе окисленный гем взаимодействует с другой молекулой перекиси водорода, в результате чего образуется еще одна молекула воды и одна молекула кислорода.

Благодаря такому действию фермента каталазы на пероксид водорода, наличие этого активного вещества в образцах ткани легко определить. Для этого достаточно добавить к исследуемому образцу небольшое количество перекиси водорода и наблюдать за реакцией. О наличии фермента говорит формирование пузырьков кислорода. Эта реакция хороша тем, что не требует никакого специального оборудования или инструментов – ее можно наблюдать невооруженным глазом.

Стоит заметить, что ион любого тяжелого металла может выступать как неконкурентный ингибитор каталазы. Кроме того, всем известный цианид ведет себя как конкурентный ингибитор каталазы, если в тканях много перекиси водорода. Арсенаты играют роль активаторов.

Применение

Разлагающее действие фермента каталазы на пероксид водорода нашло применение в пищевой промышленности – с помощью этого фермента из молока удаляется Н2О2 до приготовления сыра. Еще одно применение – специальные пищевые упаковки, которые защищают продукты от окисления. Каталаза также применяется в текстильной промышленности для удаления пероксида водорода из тканей.

Она в небольших количествах используется в гигиене контактных линз. Некоторые дезинфицирующие средства имеют в составе перекись водорода, и каталаза используется для расщепления этого компонента перед повторным использованием линз.

Активность

Активность фермента каталазы зависит от возраста организма. В молодых тканях активность фермента значительно выше, чем в старых. С возрастом и у людей, и у животных активность каталазы постепенно снижается как результат старения органов и тканей.

Согласно недавним исследованием, снижение активности каталазы является одной из возможных причин поседения волос. Перекись водорода постоянно образуется в человеческом организме, однако не приносит вреда – каталаза быстро разлагает ее. Но если уровень этого фермента снижен, очевидно, что не вся перекись водорода катализируется ферментом. Таким образом, она обесцвечивает волосы изнутри, растворяя естественные красители. Это неожиданное открытие сейчас проверяется исследователями, и, возможно, сыграет роль в разработке препаратов, приостанавливающих поседение волос.

КАТАЛАЗА

КАТАЛАЗА (H2O2:H2O2-оксидоредуктаза, КФ 1.11.1.6) — фермент, катализирующий реакцию разложения перекиси водорода на воду и молекулярный кислород. Биол, роль состоит в разрушении перекиси водорода, образующейся в клетках в результате действия ряда флавопротеиновых оксидаз (ксантиноксидазы, глюкозооксидазы, моноаминоксидазы и др.). Присутствие К. обеспечивает эффективную защиту клеточных структур от деградации под действием перекиси водорода. Генетически обусловленная недостаточность К. является одной из причин наследственного заболевания у человека.

Каталитический распад перекиси водорода в присутствии животных и растительных тканей или их гомогенатов впервые наблюдал Тенар (L. J. Thenard, 1818). Позднее Шенбейн (Ch. F. Schonbein, 1863) объяснил процесс разложения перекиси водорода живыми тканями действием фермента, который и был выделен в 1901 г. Левом (О. Loew), назвавшим его каталазой.

К. широко распространена в тканях животных и растений и в микроорганизмах. Содержание К. в печени и эритроцитах млекопитающих составляет 0,1—0,2% , в отдельных штаммах микроорганизмов — до 5% сухого веса. Фермент полностью отсутствует у некоторых анаэробных микроорганизмов. В растениях К. присутствует в небольших количествах.

Методика выделения К. основана на последовательном фракционировании экстрактов животных и растительных тканей органическими растворителями и сульфатом аммония. Первый кристаллический препарат К. был получен Самнером (J. В. Sumner) в 1937 г.

К. является гемопротеидом, его простетической группой служит феррипротопорфирин IX, содержащий трехвалентный ион железа. Молекула К. состоит из четырех, вероятно, идентичных субъединиц и имеет соответственно четыре простетические группы. Феррипротопорфириновые группы прочно связаны с апоферментом и не отделяются от него при диализе. К., выделенная из печени или эритроцитов млекопитающих, имеет коэффициент седиментации 11,1—11,8S, изоэлектрическую точку при pH 5,4—5,8 и мол. вес (массу) ок. 240 000. Кроме характерной для белков полосы поглощения при 280 нм, в спектре поглощения К. имеется интенсивная полоса при 400—409 нм (полоса Соре) и полосы с максимумами при 622, 540, 500 нм, обусловленные наличием простетических групп.

К. разлагает перекись водорода с исключительно высокой скоростью. При pH 7,0 и t° 20° одна молекула К. разлагает в секунду до 105 молекул H2O2. Оптимальное значение pH для К. лежит в интервале 6,0—8,0. Общепринятый механизм действия К., предложенный Чансом (В. Chance, 1948), предполагает образование промежуточного комплекса фермента с H2O2 («соединение I»), который взаимодействует затем со второй молекулой перекиси водорода. Образование «соединения I» может быть зарегистрировано спектроскопическим методом по снижению интенсивности поглощения в полосе Соре. «Соединение I» может также взаимодействовать с различными донорами водорода (аскорбиновой к-той, фенолами, метиловым и этиловым спиртом и др.), окисляя их за счет H2O2. В этом случае К. проявляет пероксидазную активность (см. Пероксидазы). Кроме H2O2, К. способна образовывать первичные комплексы с гидроперекисями метила и этила.

Активность К. ингибируется цианидом, фторидом, азидом, сульфидом, ацетатом, 3-амино-1,2,3-триазолом и его аналогами. К. быстро инактивируется в р-ре при pH больше 10,0 и меньше 4,0 и в присутствии высоких концентраций мочевины или других вызывающих разрыв водородных связей агентов. Инактивация фермента связана с образованием каталитически неактивных субъединиц.

Методы определения активности К. основаны на регистрации образующегося в процессе реакции 02 (манометрическим или полярографическим методами) или на измерении текущей (спектрофотометрическим) или остаточной (перманганатометрическим, йодометрическим и другими методами) концентрации перекиси водорода. Поскольку H2O2 является сильным окислителем, инактивирующим фермент, определение активности К. проводят при низких концентрациях субстрата и t° 0—10°. Для определения активности К. в крови широко используют метод Баха — Зубковой (см. Баха — Зубковой метод).

Активность К. в эритроцитах остается неизмененной при ряде заболеваний, только при злокачественной анемии и других макроцитарных анемиях увеличивается так наз. Каталазный индекс (каталазная активность определенного объема крови, деленная на количество эритроцитов в этом объеме в млн.). При злокачественных новообразованиях отмечается уменьшение активности К. в печени и в почках, причем существует зависимость между величиной и скоростью роста опухоли и степенью уменьшения активности К. в пече-ни. Из некоторых опухолей выделены фракции, которые при введении экспериментальным животным вызывали у них снижение активности К. в печени. Эти фракции были названы токсогормонами.

При наследственной недостаточности К., наследуемой по рецессивному типу, развивается заболевание, носящее название акаталазия и заключающееся в отсутствии активности К. или сильно пониженной ее активности в сыворотке крови (см. Акаталазия). Это заболевание характеризуется изъязвлением слизистой оболочки носа и рта, иногда с выраженными гангренозными изменениями.

Библиография: Крайнев С. И. О формах каталазы в эритроцитах человека, Биохимия, т. 35, в. 4, с. 662, 1970, библиогр.; Михлин Д. М. Биохимия клеточного дыхания, М., 1960; Полторак О. М. и Чухрай Е. С. О механизме действия каталазы, Вестн. Моск. ун-та, сер. хим., Nt 6, с. 656, 1971; Ферменты, под ред. А. Е. Браунштейна, с. 215, М., 1964; Takahara S. Progressive oral gangrene probably due to lack of cata-lase in blood (acatalasaemia), Lancet, v. 2, p. 1101, 1952.

Фермент каталаза и его свойства

Области применения ферментов [34]

Читайте также:  Фурацилин для промывания глаз. Как промывать и зачем?

Обработка продукта перед сушкой глюкозооксидазой позволяет перевести глюкозу в глюконовую кислоту, что исключает образование меланоидинов (разд. 15.6). Эти ферменты часто используются в виноделии, пивоварении, соковой, безалкогольной, консервной промышленности для удаления кислорода, что способствует повышению стойкости продуктов при длительном хранении и сохранению цветности продуктов.

Этот ферментный препарат может наноситься в виде тончайшего покрытия на пергамент, герметичная упаковка в который позволяет предотвратить прогоркание продукта.

Очищенные препараты глюкозооксидазы используются при обработке наружных ран и ожогов. Иммобилизованную глюкозооксидазу часто применяют в составе электродов (сенсорных устройств) для определения различных соединений (глюкозы, мальтозы, сахарозы, анилина, билирубина, щелочной фосфатазы и др.).

Источники получения и свойства глюкозооксидазы [34]

Источниками этих ферментов являются микроскопические грибы, относящиеся преимущественно к роду Penicillium и, значительно реже, к роду Aspergillus.

Глюкозооксидаза — β-D-глюкозо:О2-оксидоредуктаза (КФ 1.1.3.4) — обладает высокой специфичностью по отношению к субстрату. Под действием глюкозооксидазы β-D-глюкоза превращается в глюконовую кислоту.

Глюкозооксидаза является сложным ферментом, состоящим из простетической группы (две молекулы ФАД) и гликопротеида. Молекулярная масса фермента равна 150 кДа. Изоэлектрическая точка находится в области рН = 4,7÷4,8, оптимальный рН для действия фермента — 5,6–5,8. Глюкозооксидаза имеет относительно высокую термостабильность; нагревание до 50 °С в течение 15 мин (рН = 4,0÷5,6) не снижает активность фермента.

Глюкозооксидаза относится к флавиновым ферментам. Она катализирует окисление глюкозы за счет молекулярного кислорода (рис. 15.7.8). Каталаза разлагает образующийся пероксид водорода.

Рис. 15.7.8. Каталитическое окисление глюкозы

Получение препаратов глюкозооксидазы [34]

Для получения препаратов глюкозооксидазы используется глубинная культура продуцентов. В нашей стране разработана технология производства глюкозооксидазы с использованием в качестве продуцента Penicillium vitale Pidolp. et Bilai 1312/140.

В зависимости от состава питательной среды продуцент может синтезировать различные количества глюкозооксидазы и каталазы. Изменяя соотношение между концентрацией в среде глюкозы и KNO3, можно подавить способность микроорганизма образовывать каталазу. Так, высокая активность глюкозооксидазы в культуральной жидкости при полном отсутствии каталазы наблюдалась при содержании глюкозы в среде 10 % и KNO3 — 0,5–1,0 %. Понижение концентрации KNO3 приводит к подавлению способности гриба образовывать глюкозооксидазу. Культура P. vitale Pidolp. et Bilai обладает способностью продуцировать инвертазу, поэтому ее можно культивировать на средах, содержащих сахарозу. Однако глюкоза потребляется продуцентом в первую очередь. Присутствие в питательной среде ионов кальция, марганца, аммония и хлора повышает способность микроорганизма синтезировать глюкозооксидазу.

Технология получения препаратов глюкозооксидазы состоит из следующих стадий. Готовая КЖ концентрируется, и рН среды доводится до 6,7–7,0. Затем раствор обрабатывается около 1 ч оксидом алюминия при периодическом перемешивании, в результате чего глюкозооксидаза практически полностью на нем сорбируется. Элюция фермента проводится аммонийфосфатным буфером из расчета 0,45–0,5 л раствора/1 кг оксида алюминия. После десорбции получается сконцентрированный в 10–20 раз раствор глюкозооксидазы. Из полученного элюата фермент осаждают этанолом (соотношение 2 : 1). Осадок растворяют в ледяной воде, центрифугированием отделяют нерастворимую часть, и из надосадочной жидкости фермент осаждают ацетоном (2 : 1). Осадок растворяют в минимальном количестве воды и высушивают методом сублимации. Выход активного фермента составляет 80–90 масс. % от исходной массы. Гомогенные препараты глюкозооксидазы имеют высокую ферментативную и антимикробную активность. Ферментативная активность очищенных препаратов составляет от 150 000 до 200 000 ед./г препарата, а удельная активность — до 350 000 ед./г белка.

Кристаллы глюкозооксидазы можно получить высаживанием фермента из раствора высокоочищенного препарата сульфатом аммония.

Препараты глюкозооксидазы фасуют в стеклянные герметически закрывающиеся флаконы по 100 000 ед. и хранят при низкой температуре (3–6 °С), потеря активности в течение года не превышает 20 %.

Свойства каталазы [34]

Каталаза (Н2О2-оксидоредуктаза, КФ 1.11.1.6) является белком, относящимся к геминовой группе ферментов.

Каталаза обладает субъединичной структурой. Анализ аминоксилотного состава каталазы P. vitale показывает высокое содержание аспарагиновой и глутаминовой кислот, глицина, аланина, лейцина и фенилаланина. Каталаза является гликопротеидом, в состав ее углеводного компонента входят 44 остатка нейтральных сахаров (манноза, галактоза), 19 остатков глюкозамина и 3 остатка галактоамина. В молекуле каталазы содержится до 0,09 % железа, ее молекулярная масса составляет 240–300 кДа. Это свидетельствует о том, что в молекулу входят четыре железосодержащих простетических группы. Каталаза промышленного штамма (P. vitale) обладает сравнительно высокой термостабильностью; 10-минутная экспозиция при 65 °С не приводит к потере активности.

Получение препаратов каталазы [34]

Каталазу можно получить в виде высокоочищенного кристаллического препарата или в смеси с глюкозооксидазой. В качестве продуцента используется микроскопический гриб P. vitale, который выращивают глубинным способом при соотношении в среде глюкоза (сахароза) : KNO3 в пределах от 10 : 1 до 10 : 5.

Выделение каталазы можно проводить методом сорбции на оксиде алюминия из КЖ или из ультраконцентрата. Каталаза легко (на 90–95 %) элюируется с сорбента 0,1 М фосфатным буфером при рН 6,8. Далее ее можно осаждать изопропанолом в соотношении 1 : 1,2 и затем высушивать.

Активность препаратов составляет 4–8 млн ед./г (80–90 % от исходной), удельная активность достигает 20 млн ед./1 г белка. Сухие препараты при температуре 3–6 °С удовлетворительно сохраняют активность. Оптимальный рН для грибных каталаз значительно шире, чем для препаратов, полученных на основе бактерий и из животных тканей (6–8), и лежит в интервале 4–9. Оптимальной температурой для действия фермента является 35–50 °С.

Совместное получение препаратов глюкозооксидазы и каталазы

При совместном получении препаратов в среде должно содержаться 6–10 % сахара и 1,5 % KNO3.

По окончании культивирования КЖ имеет каталазную активность около 50–55 ед./1 мг белка и глюкозооксидазную активность 40–42 ед./1 мг белка. КЖ с рН около 3,5–4,0 после отделения мицелия подвергают обработке оксидом алюминия в статических условиях при интенсивном перемешивании, при этом сорбируется до 95 % каталазы, а глюкозооксидаза остается в растворе. Оксид алюминия отделяют, а раствор после доведения рН до 6,7–7,0, подвергают дальнейшей обработке оксидом алюминия для сорбции глюкозооксидазы.

Каталаза десорбируется с оксида алюминия 0,1 М фосфатным буфером (рН = 6,8) при перемешивании, что обеспечивает элюцию до 95 % каталазы. Поскольку объем элюента в 6 раз меньше объема исходного раствора, получают сконцентрированный в 6–7 раз раствор фермента. Каталазу осаждают из раствора изопропанолом при 18–24 °С и соотношении раствор : осадитель 1 : 1. Осадок отделяют центрифугированием и высушивается в вакууме при 30–35 °С. Полученный препарат содержит до 80–85 % активного фермента, считая от исходного его содержания в культуральной жидкости. Глюкозооксидаза извлекается из раствора так же, как было описано выше.

Какую функцию выполняет внутриклеточный фермент каталаза?

Фермент каталаза относится к оксидоредуктазам – обширному классу ферментов, которые катализируют перенос электронов от молекулы-восстановителя (донора) к молекуле-окислителю (акцептору).

Каталаза – фермент, обнаруженный почти во всех живых организмах. Основная его функция – катализировать реакцию разложения перекиси водорода до безвредных для организма веществ. Каталаза имеет большое значение для жизнедеятельности клеток, так как защищает их от разрушения активными формами кислорода.

Предполагается, что реакция проходит в два этапа — на первом этапе железо в составе простетической группы каталазы связывается с атомом кислорода перекиси, при этом выделяется одна молекула воды.

Каталаза нейтрализует губительное действие (а именно катализирует реакцию разложения) гидроген пероксида, который образуется в результате жизнедеятельности клетки.

Какова роль фермента каталазы в живых и растительных клетках?

Молекулярный механизм расщепления перекиси водорода ферментом каталазой пока точно не изучен. Предполагается, что реакция проходит в два этапа – на первом этапе железо в составе простетической группы каталазы связывается с атомом кислорода перекиси, при этом выделяется одна молекула воды. На втором этапе окисленный гем взаимодействует с другой молекулой перекиси водорода, в результате чего образуется еще одна молекула воды и одна молекула кислорода.

Активность фермента каталазы зависит от возраста организма. В молодых тканях активность фермента значительно выше, чем в старых. С возрастом и у людей, и у животных активность каталазы постепенно снижается как результат старения органов и тканей.

Это неожиданное открытие сейчас проверяется исследователями, и, возможно, сыграет роль в разработке препаратов, приостанавливающих поседение волос.

Стоит заметить, что ион любого тяжелого металла может выступать как неконкурентный ингибитор каталазы. Кроме того, всем известный цианид ведет себя как конкурентный ингибитор каталазы, если в тканях много перекиси водорода. Арсенаты играют роль активаторов.

Контроль знаний по разделу «Клетка» . Тест « Химический состав клетки». (10 класс)

Старение организма происходит по нескольким причинам. Одна из них – уменьшение количества и активности каталазы в организме. Тогда начинается активное накопление свободных радикалов, или окислителей. Предотвратить это можно при помощи натуральных антиоксидантных препаратов. Например, все пептидные биорегуляторы, или Цитомаксы и Цитогены, являются природными антиоксидантами и/или содержат их в своем составе.

каталаза — каталаза. См. пероксидазы. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

Влияние температуры на работу фермента зависит от продолжительности ее действия. При температурах более высоких, чем оптимальные, происходит, с одной стороны, ускорение реакции, с другой — чрезвычайно быстрая денатурация (свертывание) белка, входящего в состав фермента.

В 1900 году немецкий химик Оскар Лев первым ввел термина «каталаза» для обозначения таинственного вещества, разлагающего перекиси. Он же сумел ответить на вопрос, где содержится фермент каталаза. В результате многочисленных экспериментов Оскар Лев выявил, что данный фермент характерен почти для всех животных и растительных организмов. В живой клетке, как и многие другие ферменты, каталаза содержится в пероксисомах.

Механизм действия ферментов

Вещество, на которое оказывает действие фермент, называется субстратом. Вещества, получающиеся в результате ферментативной реакции, называются продуктами реакции.

Читайте также:  Тыква польза и вред. Сколько пользы в обычной тыкве.

В 1890 году Э. Г. Фишер предположил, что эта специфичность обусловлена особой формой молекулы фермента, которая точно соответствует форме молекулы субстрата. Эта гипотеза получила название «ключа и замка», где ключ сравнивается с субстратом, а замок – с ферментом. Гипотеза гласит: субстрат подходит к ферменту, как ключ подходит к замку. Избирательность действия фермента связана со строением его активного центра (рис. 4).

Трехмерная модель строения молекулы фермента, расщепляющего сахарозу на моносахариды

Каталаза обеспечивает разложение перекиси водорода на воду и молекулярный кислород. В этом и заключаются ее антиоксидантные свойства. Перекись водорода образуется в клетках организма в результате некоторых химических процессов под воздействием определенных ферментов. Накопление ее в организме приводит к разрушению и гибели клеток. Каталаза предотвращает этот процесс. По-другому ее еще называют гемопротеином. То есть это небелковое вещество, но связанное с белком.

Фермент каталаза и его свойства

Каталазную активность почв можно рассматривать как показатель функциональной активности микрофлоры в различных экологических условиях [6]. Установлено, что увеличение антропогенной нагрузки приводит к снижению каталазной активности почв.

Библиография: Крайнев С. И. О формах каталазы в эритроцитах человека, Биохимия, т. 35, в. 4, с. 662, 1970, библиогр.; Михлин Д. М. Биохимия клеточного дыхания, М., 1960; Полторак О. М. и Чухрай Е. С. О механизме действия каталазы, Вестн. Моск. ун-та, сер. хим., Nt 6, с. 656, 1971; Ферменты, под ред. А. Е. Браунштейна, с. 215, М., 1964; Takahara S. Progressive oral gangrene probably due to lack of cata-lase in blood (acatalasaemia), Lancet, v. 2, p. 1101, 1952.

Цель: исследовать влияние фермента каталазы растительных клеток на водород пероксид. Оборудование и материалы: микроскоп, наборы для приготовления микропрепаратов, пробирки, элодея, сырая и вареная картошка, раствор водород пероксида, дистиллированная вода.

Вывод: действие ферментов-пероксидаз сходно в растительных и животных клетках, общность физиологических процессов – одно из доказательств родственных связей между растительными и животными организмами.

3.3.2. Тест на наличие оксидазы

В балансе тканевого дыхания процессы, которые заканчиваются образованием воды, составляют 93-95%, а заканчивающиеся образованием перекиси водорода — только 5-7%. Образующаяся H2O2 может разлагаться каталазой или использоваться в реакциях, катализируемых пероксидазой.

Разлагающее действие фермента каталазы на пероксид водорода нашло применение в пищевой промышленности – с помощью этого фермента из молока удаляется Н2О2 до приготовления сыра. Еще одно применение – специальные пищевые упаковки, которые защищают продукты от окисления. Каталаза также применяется в текстильной промышленности для удаления пероксида водорода из тканей.

В 1937 году впервые удалось кристаллизоваться каталазу из говяжьей печени. В 1938 году была определена молекулярная масса фермента – 250 кДа. В 1981 году ученые получили изображение трехмерной структуры бычьей каталазы.

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

Металлоферменты, или металлоэнзимы — общее собирательное название класса ферментов, для функционирования которых необходимо присутствие катионов тех или иных металлов. В подобном ферменте могут присутствовать несколько различных ионов металла. Катион металла при этом обеспечивает правильную пространственную конфигурацию активного центра металлофермента.

Денатурация — это утрата белковой молекулой своей структурной организации. Она может быть вызвана изменением температуры, обезвоживанием, изменением кислотности раствора и другими воздействиями. Сначала разрушается четвертичная структура (самая слабая), затем третичная, вторичная и при наиболее жёстких условиях первичная.

По химической природе ферменты — это глобулярные белки, состоящие либо только из аминокислот, либо в их состав входит небелковый компонент, называемый кофактором.

1. Приготовьте четыре пробирки со свежим 3%-ный раствором пероксида водорода, затем поместите в первую пробирку кусочек сырого картофеля, во вторую – кусочек варёного картофеля, в третью – кусочек сырого мяса, в четвёртую – кусочек варёного мяса. Пронаблюдайте, что будет происходить в каждой пробирке.

1) Активность фермента проявилась в пробирках с сырым картофелем и свежим мясом. Происходит она из-за наличия в составе данных субстанций фермента каталазы.

Ферменты (лат. fermentum — закваска) — специфические белковые катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. Почти все биохимические реакции, протекающие в любом организме, катализируются соответствующими ферментами.

Низком содержание Н2О2 требует катализатора пероксидазы для органических пероксидов. В свою очередь высокие концентрации Н2О2 требуют в роли катализатора Каталазу. Уровень активности этих ферментов различен не только в разных тканях, но даже и внутри самой клетки. У печени, почек и красных кровяных телец уровень СТ высокий. В гепатоцитах высокий уровень активности заметен в пероксисомах, при этом СТ активен в цитозоле и в микросомах.

– качественный (капельный) тест, указывающий на наличие каталазы (выполняется при комнатной температуре);

К. широко распространена в тканях животных и растений и в микроорганизмах. Содержание К. в печени и эритроцитах млекопитающих составляет 0,1—0,2% , в отдельных штаммах микроорганизмов — до 5% сухого веса. Фермент полностью отсутствует у некоторых анаэробных микроорганизмов. В растениях К. присутствует в небольших количествах.

Различают аэробные дегидрогеназы, или оксидазы, которые переносят водород от окисляемого вещества непосредственно на кислород воздуха, и анаэробные дегидрогеназы, передающие отнятый водород другим акцепторам. Анаэробные дегидрогеназы состоят из белка и активной группы, или кофермента.

Несмотря на то, что пероксид водорода – продукт многих нормальных метаболических процессов, для организма он не является безвредным.

Такие ферменты как амилаза расщепляют крахмал и поэтому широко используются в пищевой промышленности. В пищевой промышленности используется протеиназа, расщепляющая белки, и липазы, расщепляющие жиры. Ферменты амилазы используются в хлебопечении, виноделии и пивоварении (см. видео).

На основании паспорта обследуемого участка и сопроводительного талона давалась характеристика исследуемых участков.

Активность К. ингибируется цианидом, фторидом, азидом, сульфидом, ацетатом, 3-амино-1,2,3-триазолом и его аналогами. К. быстро инактивируется в р-ре при pH больше 10,0 и меньше 4,0 и в присутствии высоких концентраций мочевины или других вызывающих разрыв водородных связей агентов. Инактивация фермента связана с образованием каталитически неактивных субъединиц.

Тэги: #выполня #белок #функцию #вывод #каков #уравнен #лр #запиш #нужен #каталазоположительн

Нашли неточность или устаревшие данные? Отредактируйте статью!

Экология СПРАВОЧНИК

Информация

Добавить в ЗАКЛАДКИ

Поделиться:

Каталаза

Согласно современным взглядам, каталаза принимает участие в разложении перекиси водорода на воду и молекулярный кислород. Процесс этот заключается в том, что под действием перекиси водорода происходит обратимое изменение валентности железа, являющегося активной группой фермента каталазы.[ . ]

В аэробных илах каталазы регулируют расщепление перекиси водорода и образование молекулярного кислорода. Наиболее высокой каталазной активностью отличаются окислители алифатических спиртов и алифатических карбоновых кислот (см. табл. 2.4). Анаэробные илы не обладают каталазной активностью.[ . ]

Каталаза представляет собой темно-зеленый кристаллический порошок. Оптимальные условия проявления ферментативной активности: Т35—45 °С; pH – 6,0—7,0. Хорошо растворима в воде. В воздухе находится в виде аэрозоля.[ . ]

Каталаза — в результате ее активирующего действия происходит расщепление перекиси водорода, токсичной для живых организмов, на воду и свободный кислород. Большое влияние на ката-лазную активность минеральных почв оказывает растительность.[ . ]

Каталаза является довольно чувствительным показателем изменения окислительно-восстановительных условий среды. Активность каталазы резко изменяется в зависимости как от формы азотных удобрений, так и от наличия марганца в питательной среде. Таким образом, с помощью марганца можно повысить активность каталазы, сильно снижающуюся при нитратной форме питания азотом, и получить такую же активность фермента, как и при аммиачном питании. Это очень важно с точки зрения ускорения синтеза азотистых веществ.[ . ]

Роль каталазы в почве заключается в разрушении ядовитой для растений перекиси водорода.[ . ]

Активность каталазы, йодвосстанавливающая активность тканей, содержание восстановленной формы аскорбиновой кислоты с возрастом растения повышаются. К началу образования репродуктивных органов повышаются восстановительные свойства тканей.[ . ]

Активность каталазы 18 июля в вариантах: фосфор + бурый уголь, один фосфор и фосфор + перегной была в 1,5—2 раза выше, чем на контроле.[ . ]

Активность каталазы под влиянием пирита значительно увеличилась во все сроки определения. Сера в ранний срок увеличила, а в поздний — понизила активность каталазы по сравнению с контролем.[ . ]

Об активности каталазы судят по объему кислорода, выделяющегося в результате разложения перекиси водорода.[ . ]

При отсутствии набора стандартов каталазы различной активности стандартные растворы соответствующей активности готовят из раствора фермента в 1000 единиц активности, разводя этот раствор в 200; 40; 20; 10; 5; 2,5; 2,0 раза. Для анализа берут по 0,1 мл каждого раствора, что соответствует 0,5; 2,5; 5,0; 10; 20; 40 и 50 ед. активности.[ . ]

Активность ферментов каталазы, в мл 2%-ной Н202 на 1 г сырых листьев в час.[ . ]

Повышение активности каталазы и интенсивности дыхания в листьях кукурузы после 1-го и 2-го сроков опрыскивания гербицидами коррелирует с более интенсивным ростом растений. Этому предшествует небольшой период депрессии. Активность пероксидазы и полифенолок-сидазы в листьях кукурузы после обработки гербицидами была несколько снижена, однако во второй половине лета активность их сильно повысилась.[ . ]

Определяют активность каталазы отдельно в листьях верхнего и нижнего ярусов. Можно использовать также проростки различных сортов сельскохозяйственных культур, различающихся по скороспелости и устойчивости к неблагоприятным воздействиям.[ . ]

И, наконец, несколько слов о каталазе. Определение ката-лазы, производившееся во все периоды опытов, дает довольно яркую и совершенно определенную картину ее изменения для периодов интенсивных доз и периодов без аэроионов. В те моменты, когда сеансы удлинялись и степень аэроионизации увеличивалась, отмечалось повышение показателя каталазы крови. Как только сеансы прекращались, наблюдалось снижение показателя каталазы до исходной нормы.[ . ]

В листьях лебеды и щирицы активность каталазы вначале почти не уменьшается, но через месяц после обработки повышается.[ . ]

В третий срок определения активность каталазы в удобренных вариантах понизилась в сравнении с контролем и в варианте Р + ЫШОН была равной контрольной. Такое явление может быть объяснено началом созревания растений.[ . ]

Прибор для определения активности каталазы;

Количественное определение концентрации каталазы в анализируемой пробе проводят по предварительно построенному градуировочному графику.[ . ]

Анализы показали, что марганец повышает активность каталазы по всем вариантам опыта, причем активность ее была значительно выше в листьях растений по аммиачному азоту.[ . ]

В дерново-подзолистой почве наиболее чувствительна каталаза, активность которой снижалась на 25 % при содержании тяжелых металлов; в 3 раза превышающем фоновое для кадмия; в 10 раз для цинка; и в 25 раз для свинца.[ . ]

Укажем, наконец, что Г.А. Цыбина изучила изменения количества каталазы в крови коров при воздействии на них отрицательными аэроионами. Каталаза занимает определенное и ответственное место в химизме клетки. Изучая изменение количества каталазы, можно в известной мере судить об интенсивности окислительных процессов, протекающих в организме.[ . ]

Период 1 аэроионификации скотного двора не вызвал изменений в показателе каталазы по сравнению с исследованием до сеансов. Только значительное увеличение числа отрицательных аэроионов в периоде 11 сказалось на показателе каталазы в сторону его повышения. Период IV, или контрольный, без сеансов дал значительное снижение показателя каталазы, доведя его до исходной цифры. В периоде V под действием аэроионов обнаружилось резкое повышение показателя каталазы, которое превысило даже цифру периода 111. Это относится к средним цифрам. Оставляя в стороне индивидуальные отклонения, происходящие в силу способности отдельных животных по-разному реагировать на аэроионы, общая картина остается вполне ясной: аэроионы влияют на показатель каталазы в сторону его повышения. В этом особенно убеждают цифры понижения показателя каталазы в периоде IV, когда были прекращены сеансы.[ . ]

Следствием повышения окислительного процесса в почве является содержание каталазы. После 65 суток в сильнозагрязненных почвах (5-10%) содержание каталазы снижается наиболее значительно в черноземе (в 4 раза), а серо-лесной почве – в 3 раза. БП за это время на активность этого фермента влияния практически не оказывает. Наибольшее влияние БП обнаружено после 1 года с 5 %-ным загрязнением нефтью в обоих образцах почвы. Анализы микрофлоры исследуемых образцов почв приведены в табл. 4.4.[ . ]

В качестве показателя окислительно-восстановительного процесса изучалось изменение фермента каталазы методом Баха и Зубковой. Сульфгидрильные группы определялись в сыворотке крови по Узбекову.[ . ]

Марганец, как в полевых, так и в вегетационных опытах, оказал весьма своеобразное влияние на активность каталазы на различных фонах азотного питания. При аммиачном питании марганец повысил активность каталазы во все сроки определения. По нитратному же фону питания активность каталазы изменялась незначительно (табл. 65).[ . ]

Параллельно с повышением содержания восстановленной формы аскорбиновой кислоты, под влиянием марганца и цинка по аммиачному и нитратному азоту, идет и повышение активности фермента каталазы. Активность ее в фазу трубкования составляет по ( 1 Н4)2 Б04 1224, а при добавлении марганца =—1323 мл 2% НзСЬ на 1 г сырого вещества. По нитратному азоту цинк увеличивает активность каталазы с 1282 до 1309 мл.[ . ]

Состояние почв оценивалось двумя биоиндикационными методами: по ферментативной активности почв и мутационному воздействию почв на тест-объект. В городских почвогрунтах определялась активность трех ферментов – инвертазы, каталазы и уреазы (Хазиев, 1990), из которых наиболее вариабильной оказалась активность уреазы. По этой причине для интегральной оценки выбраны показатели именно этого фермента, активность которого в значительной степени зависела от концентрации в почве широкого круга поллютантов.[ . ]

Известно, что вещества типа 2,4-Д вызывают у растений нарушение окислительно-восстановительных процессов. Интенсивность дыхания увеличивается, причем у чувствительных растений в большей степени, чем у устойчивых (И. И. Гунар, М. Я. Березовский, 1952; Н. А. Шипинов, 1952). Активность каталазы под влиянием этих веществ уменьшается (И. К. Ци-тович, 1955). Это оказывает существенное влияние на ход других биологических процессов. Нарушение процесса дыхания, вызванное действием 2,4-Д, является основной причиной изменения углеводного и белкового обмена (В. А. Войтехова, 1952; Дж. Все эти нарушения обмена под влиянием 2,4-Д рассматриваются исследователями как защитная реакция, направленная на обезвреживание вводимых в организм токсических веществ (Ю. В. Ракитин и А. Д. Потапова, 1959).[ . ]

Изменение активности ферментов. Накопление внеклеточных ферментов в активном иле повышает скорость биохимического окисления углеводородов.[ . ]

После каждой обработки гербицидами в листьях кукурузы на 2—3-ий, 8—-10-ый и 18—20-ый день, а затем через каждые 20 дней, а у двудольных сорняков в первые дни после опрыскивания, проводились физиологические исследования. Одновременно велись наблюдения за морфологическими изменениями у культурных и сорных растений под действием гербицидных доз 2,4-Д и определение сухого веса одного растения-На делянках проводился учет сорных растений и определялась структура урожая.[ . ]

Полученные экспериментальные результаты указывают на значительную роль волновых процессов в метаболизме клеток, идущих, в том числе, с участием активных форм кислорода воды, не имеющей прямого контакта с клетками. Как следует из экспериментальных данных по дистантным взаимодействиям клеток и воды механизм их действия с активными ион-радикаль-ными формами кислорода является не контактным, а волновым.[ . ]

Суммируя данные, полученные в результате первого опыта аэроионификации скотного двора, можно наметить следующие выводы. Ионизированный воздух отрицательной полярности оказывает несомненно благоприятное воздействие на организм коров и их молочную производительность. Это воздействие сказывается: в увеличении живого веса коров, в повышении суточного удоя, в благоприятных колебаниях в содержании процента жира и белка в молоке, в ходе полового цикла, в повышении абсолютного количества гемоглобина, количества эритроцитов и увеличении каталазы крови.[ . ]

Физиологические и биохимические анализы проводили на пробах хорошо развитых листьев (второй лист сверху), стеблей и колосьев в основные фазы (трубкования, колошения и молочной спелости). Все анализы проводили в 2-3-кратной повторности.[ . ]

Железо входит в состав растения в количестве 0,08%. Необходимость железа была показана в тот же период, что и остальных макроэлементов. Поэтому, несмотря на ничтожное содержание, его роль рассматривается вместе с макроэлементами. Железо поступает в растение в виде Ре3+. Роль железа в большинстве случаев связана с его способностью переходить из окисленной формы Ре ) в восстановленную Ре2 ) и обратно. Железо входит в состав каталитических центров многих окислительно-восстановительных ферментов. В виде геминовой группировки оно входит в состав таких ферментов, как цитохромы, цитохромоксидаза, каталаза и пероксидаза. В силу этого при недостатке железа тормозятся оба эти важнейшие процессы. Кроме того, целый ряд ферментов содержит железо в негеминовой форме. К таким ферментам относятся некоторые флавопротеиды и железосодержащий белок ферредоксин.[ . ]

В дальнейшем наблюдались следующие изменения сорняков: разрастание нижней части стеблей, скручивание их. Сорняки (лебеда, щирица, жабрей, березка), обработанные гербицидами в ранние фазы развития, поги бали на 10—15 день после опрыскивания. При поздних опрыскиваниях сорняки имели эпинастические изгибы, нижняя часть их стеблей сильно разрасталась, кора растрескивалась, и из трещин появлялись многочисленные Корешки. Сорняки скручивались, полегали, но не погибали. Активность дыхательных ферментов после поздней обработки гербицидами в листьях сорняков на 25 день после опрыскивания даже увеличилась. Так, например, в листьях лебеды с контрольной делянки активность каталазы — 3773, пероксидазы — 4100, полифенолоксидазы—0 . В листьях же лебеды с делянки, опрыснутой бутиловым эфиром 2,4-Д, активность каталазы — 5094, пероксидазы — 7400, полифенолоксидазы —0; и с делянки, опрыснутой натриевой солью 2,4-Д, соответственно—5654, 5400 и 100.[ . ]

Дестабилизация процесса нитрификации нарушает поступление в биологический круговорот нитратов, количество которых предопределяет ответную реакцию на изменение среды обитания у комплекса денитрификаторов. Ферментные системы денитрификаторов уменьшают скорость полного восстановления, слабее вовлекая закись азота в конечный этап, осуществление которого требует значительных энергетических затрат. В результате этого содержание закиси азота в надпочвенной атмосфере эродированных экосистем достигало 79 – 83% (Косинова и др., 1993). Отчуждение части органических веществ из черноземов под воздействием эрозии отражается на пополнении азотного фонда в ходе фото- и гетеротрофной фиксации азота: аэробной и анаэробной. На первых этапах эрозии быстрыми темпами идет подавление именно анаэробной азотфиксации в силу параметров лабильной части органического вещества (Хазиев, Багаутдинов, 1987). Активность ферментов инвертазы и каталазы в сильносмытых черноземах по сравнению с несмытыми уменьшилась более чем на 50%. В серых лесных почвах по мере увеличения их смытости наиболее резко снижается инвертазная активность. Если в слабосмытых почвах отмечается постепенное затухание активности с глубиной, то в сильносмытых уже в подпахотном слое инвертазная активность очень мала или не обнаруживается. Последнее связано с выходом на дневную поверхность иллювиальных горизонтов с крайне низкой активностью фермента. По активности фосфатазы и, особенно, каталазы четко выраженной зависимости от степени смытости почв не наблюдалось (Личко, 1998).[ . ]

Ферменты крови. По ним можно судить о продуктивных и племенных качествах животных в раннем возрасте. Ферменты являются биологическими катализаторами, участвующими во всех жизненно важных процессах, протекающих в организме. Действие генов осуществляется через ферменты по такой схеме: ген —• фермент — биохимическая реакция — Признак. Известно, что на формирование сложных хозяйственно полезных признаков оказывают влияние одновременно много генов. В связи с этим О. А. Иванова дает такую схему взаимосвязи наследственных за-датков, ферментов и признаков: много генов — много ферментов—один признак. Биохимической генетикой установлено, что уровень активности ферментов крови обусловлен наследственными факторами. В настоящее время характор наследования 16 типов ферметов изучен.:(Смирнов) у человека, птицы, кроликов, лошадей, свиней. В эти типь) входят следующие ферменты: Щелочная и кислая фосфатаза, амилаза, амииотрансфераза, эсте-раза, каталаза и др. Они служат своеобразными биохимическими тестами, по которым можно в молодом возрасте определить будущую ценность животных. Поэтому изучение генетических систем, контролирующих ферменты крови, и систем, определяющих особенности индивидуального развития животных (скорость роста, оплата ¡корма, продуктивные качества), имеет большое значение.[ . ]

Читайте также:  Что делать если кошка отравилась крысиным ядом
Ссылка на основную публикацию