<<
>>

Каталаза

Каталаза (КФ 1.11.1.6, систематическое название "перекись-водорода:перекись- водорода-оксидоредуктаза") - гемсодержащий фермент с молекулярной массой около 250 кДа, впервые описанный Loew в 1901 году [цит.

по 1206]. По структуре каталаза является тетрамером, содержащим по одной прочно связанной гемовой простетической группе на субъединицу [399], при этом сами по себе субъединицы не обладают катали­тической активностью. Из Lactobacillus plantarum выделена негемовая псевдо каталаза, состоящая из 6 субъединиц массой по 28,3 кДа, каждая из которых содержит по 1 атому Мп [868]. Каталитическая активность каталазы определяется во всех растениях и микро­организмах, за исключением облигатных анаэробов. В организме человека и животных максимальное содержание фермента обнаружено в эритроцитах, а также в печени и поч­ках; концентрация её в мозге, щитовидной железе, половых железах и соединительной ткани мала [1].

Содержание Си,7п-С0Д, Мп-СОД и Э-СОД в тканях и органах здоровых людей и при различных патологиях

Таблица 27

Форма СОД Объект исследования Содержание Ссылка I
Си^п-СОД Сыворотка крови здоровых людей 46,09 мкг/л 11228]
46,1 ± 21,6 мкг/л [1229]
36,3 ±15,6 мкг/л [886]
26,9 ± 7,8 мкг/л [1122]
14,0 мкг/л [1144]
Сыворотка крови больных:
синдромом Дауна 176,33 мкг/л [1228]
84,4 мкг/л [1144]
раком желудка 46,9 мкг/л [1144]
раком поджелудочной железы 36,2 мкг/л [1144]
раком прямой кишки 53,6 мкг/л [1144]
раком желчевыводящих путей 36,1 мкг/л [1144]
раком пищевода 40,3 мкг/л [1144]
язвой желудка 12,3 мкг/л [1144]
гастритом 15,1 мкг/л [1144]
язвой 12-перстной кишки 9,9 мкг/л [1144]
панкреатитом 20,9 мкг/л [1144]
холелитиазом 18,8 мкг/л [1144]
Плазма крови здоровых людей 11,0 мкг/л [983]
13,7 ± 8,5 мкг/л [886]
Плазма крови больных синдромом Дауна 84,4 ± 90,0 мкг/л [886]
Эритроциты здоровых людей 0,95 ± 0,07 мг/г НЬ [886]
14,99 нг/106 клеток [1228]
Эритроциты больных синдромом Дауна 1,35 ±0,08 мг/г НЬ [886]
24,8 нг/106 клеток [1228]
Моча здоровых людей 1,00 мкг/ммоль креатинина [1228]
Моча больных синдромом Дауна 2,05 мкг/ммоль креатинина [1228]
Здоровые люди:
Кора головного мозга 4,27 ± 0,65 мг/г белка [886]
Мышечная ткань сердца 2,31 ± 0,48 мг/г белка [886]

Таблица 27 (окончание)

1 2 3 4
Аорта 1,22 ± 0,45 мг/г белка [886]
Лёгкие 0,94 мг/г белка [886]
Селезёнка 0,67 ± 0,07 мг/г белка [886]
Печень 3,22 ±0,71 мг/г белка [886]
Пищевод 1,50 ± 0,58 мг/г белка [886]
Желудок 1,22 ± 0,40 мг/г белка [886]
Тонкий кишечник 1,22 ± 0,20 мг/г белка [886]
Толстый кишечник 1,32 ±0,17 мг/г белка [886]
Почки 2,21 ±0,18 мг/г белка [886]
Мочевой пузырь 1,58 ± 0,55 мг/г белка [886]
Простата 2,14 мг/г белка [886]
Яички 1,43 мг/г белка [886]
Надпочечники 3,42 ± 1,37 мг/г белка [886]
Поджелудочная железа 1,74 ± 0,30 мг/г белка [886]
Молочные железы 1,26 ± 0,48 мг/г белка [886]
Щитовидная железа 0,38 ±0,18 мг/г белка [886]
Жировая ткань 0,53 ± 0,05 мг/г белка [886]
Скелетные мышцы 1,54 ± 0,59 мг/г белка [886]
ПРЕДЕЛ ОБНАРУЖЕНИЯ 1 мкг/л [1144]
0,3 мкг/л [1228]
3 пг/лунку [886]
Мп-СОД Сыворотка крови здоровых людей 88,8 ± 20,8 мкг/л ($) |825]
99,8 ± 24,8 мкг/л (с?) [825]
82 ±21 мкг/л [163]
84,5 ± 30,0 мкг/л [1123]
Э-СОД Сыворотка крови здоровых людей 55,8 ± 18,8 мкг/л (93,5 % обследованных) >400 мкг/л

(6,5 % обследованных)

[164]

[164]

Моча здоровых людей 20 мкг/л [164]
ПРЕДЕЛ ОБНАРУЖЕНИЯ 0,05 мкг/л [1144]
ІЕСОД Сыворотка крови здоровых людей 200 ± 10 мкг/л [893]
ПРЕДЕЛ ОБНАРУЖЕНИЯ 0,01 мкг/л [893]
(0,17 фмоль/образец)


В клетках каталаза локализована преимущественно (80 %) в пероксисомах, где её концентрация достигает 10'6 М [11] (в гепатоцитах на каталазу приходится 40 % белка пероксисом), в цитозоле выявляется около 20 % от общего содержания фермента. Ген, кодирующий каталазу, у человека расположен на длинном плече хромосомы 11 (11 р13)


зложение перекиси водорода каталазой осуществляется в двух реакциях [11, 1610]:

Кат-Ге3+ -і- Н202 > (окисленная каталаза)

(окисленная каталаза) -г Н202 > Кат-Ге3+ -I- 2Н20 -I- 02.

Одна молекула каталазы за секунду может восстановить до 44 000 молекул Н202. В окисленном состоянии каталаза может работать как пероксидаза (КФ 1.11.1.7, система­тическое название "донор:перекись-водорода-оксидоредуктаза"), катализируя окисление спиртов, фенолов или альдегидов:

(окисленная каталаза) -I- АН2 > Кат-Ре3+ + 2Н20 + А.

(донор)

В физиологических условиях каталазная активность фермента из клеток млекопи­тающих примерно в 10 000 раз выше, чем пероксидазная. В то же время в бактериях пе- роксидазная активность может становиться доминирующей, поэтому фермент микроор­ганизмов принято называть "каталаза-пероксидаза". Показана и прооксидантная роль каталазы: так, она может выступать источником образования АКМ - около 0,5 % кисло­рода, образующегося в результате разложения Н202, возникает в возбуждённом синглет- ном состоянии [147].

р В клетках, согласно современным представлениям, каталаза препятствует накопле­нию Н202, оказывающей повреждающее действие на клеточные компоненты. Ингибиро­вание внутриклеточной каталазы на 55 % вызывает гибель фибробластов человека в культуре.

и У людей выявлено наследственное заболевание - акаталаземия (акаталазия, синдром Такахары), при которой в тканях резко снижено содержание каталазы или она полно­стью отсутствует; особенно много таких людей в Корее и Японии (в Японии насчитыва­ется около 2000 человек, лишённых каталазы). Впервые заболевание было описано японским отоларингологом Шигео Такахарой, который обнаружил пациентов с прогрес­сивной гангреной ротовой полости, у которых перекись водорода, нанесённая на участки изъязвления, не пенилась, как обычно [1476]. У половины людей с акаталаземиями ни­каких клинических симптомов заболевания не выявляется, что позволяет отнести ката­лазу к не жизненно важным ферментам. Однако у многих лиц с данным заболеванием вокруг зубов развиваются язвенные процессы, которые являются следствием воздейст­вия Н202, нарабатываемой бактериями. В опубликованной в 2000 году работе сообщает­ся, что частота возникновения диабета у венгров с генетически обусловленным дефици­том каталазы повышена по сравнению как с их родственниками первой степени, у кото­рых активность фермента не изменена, так и с остальным населением Венгрии; авторы предполагают, что дефицит каталазы может быть причиной накопления окислительных повреждений Р-клеток и приводить к развитию диабета [639]. Кроме того, обнаружено, что у людей точечная мутация нуклеотида, расположенного в промоторе гена каталазы (844 п.о. от стартового кодона), связана с возникновением эссенциальной гипертензии [775].

Эксперименты на нокаутированных по каталазе мышах не выявляют у таких живот­ных аномалий развития или изменений морфометрических показателей [704]. Чувстви­
тельность нокаутов к гипероксии и фотохимически индуцированному окислительному стрессу существенно не отличалась от таковой для дикого типа, однако окислительное фосфорилирование в митохондриях нейронов коры головного мозга при физических воздействиях было снижено [704].

Каталаза относится к ферментам, которые наиболее длительно сохраняют свою вы­сокую активность, почти не требуют энергии активации, скорость реакции этого энзима лимитируется лишь скоростью диффузии субстрата к активному центру. Показано так­же, что каталаза может присоединять четыре молекулы НАДФН, что предохраняет её от инактивации и повышает ферментативную активность [849]. Вместе с тем из-за большой молекулярной массы каталаза плохо проникает внутрь клеток [943], а во внеклеточных жидкостях быстро теряет свою активность в результате действия протеолитических ферментов. Поэтому считается, что внеклеточная защитная роль каталазы незначитель­на, однако её повышенное содержание в сыворотке крови при некоторых заболеваниях, таких как ревматоидный артрит [865] и острый респираторный дистресс-синдром [910], может служить для защиты от окисления определённых молекул или структур, в частно­сти, aj-ингибитора протеиназ. Происхождение сывороточной каталазы при острых вос­палительных процессах не ясно, возможно её выделение из разрушенных клеток. На культуре лимфоцитов человека было показано, что наличие в культуральной среде даже небольшого (менее 3 % от внутриклеточного содержания) количества каталазы отменяет апоптотическую гибель и возвращает клеткам Т-линии способность к росту в среде RPMI-1640, не содержащей сыворотки [1338]. Авторы этой работы предположили, что Т-лимфоциты могут выделять во внешнюю среду каталазу, что необходимо для их за­щиты в области воспалительного очага. _

Низкая проницаемость мембран для каталазы и её подверженность действию протео­литических ферментов ограничивают фармакологическое применение фермента. Вместе с тем показано, что совместное применение СОД и каталазы значительно эффективнее защищает клетки от окислительного стресса, чем назначение ферментов по отдельности [772, 862]. Более того, получены ковалентно связанные с альдегиддекстраном конъюга" ты каталазы и СОД, где альдегиддекстран играет роль связующего мостика, существен­но не изменяя активность ферментов [98]. Такие конъюгаты обладали эффективным ан- тифиброзным действием при экспериментальном силикозе у крыс, в то время как раз­дельное применение СОД и каталазы не давало эффекта. Синтезированный недавно низ­комолекулярный селено-марганцевый комплекс EUK-8, обладающий одновременно ка­талазной и СОД-подобной активностью, эффективно предотвращал многие проявления ЛПС-индуцированного у свиней острого респираторного дистресс-синдрома [636]. Ана­логичный подход использовали авторы работы [1295], в которой показано существенное улучшение защитных свойств каталазы в отношении Н202-индуцированного повышения проницаемости и повреждения альвеолярных эпителиоцитов крыс при конъюгировании фермента с трансферрином, что увеличивало захват клетками каталазы через рецепторы к трансферрину.

Наличие гема делает каталазу окрашенной, поэтому она может регистрироваться спектрофотометрически (максимум поглощения при 640-660 нм [669]). Однако обычно активность каталазы определяется по убыли субстрата (Н202) [77, 1167] или по увеличе­нию содержания продукта реакции - 02 (например, с помощью электрода Кларка [479, 910]). Разделить действие каталазы и ГПО в биологической среде можно с помощью специфического ингибитора каталазы - 3-амино-1,2,4-триазола [1020], цианиды также необратимо ингибируют каталазу.

<< | >>
Источник: Меныцикова Е. Б. и др.. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Е.Б. Меныцикова, В.З. Ланкин, Н.К. Зенков, И.А. Бондарь, Н.Ф. Круговых, В.А. Труфакин. - М.: Фирма «Слово»,2006. - 556 с.. 2006
Помощь с написанием учебных работ

Еще по теме Каталаза:

  1. КАТАЛАЗА
  2. Ферментативная активность.
  3. Противоопухолевые антибиотики
  4. ЖЕЛЕЗОПОРФИРИНОВЫЕ ФЕРМЕНТЫ
  5. НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ (E70-E90)
  6. КЛІНІЧНА ФАРМАКОДИНАМІКА В КЛІНІЧНІЙ ФАРМАКОГЕНЕТИЦІ ЛІКАРСЬКИХ ПРЕПАРАТІВ
  7. ПЕРОКСИДАЗЫ
  8. Биохимические эффекты D- пеницилламина
  9. Метаболизм железа
  10. ФЕРМЕНТНЫЕ СВОЙСТВА МИОГЛОБИНА И ГЕМОГЛОБИНА
  11. Количественные и качественные дефекты фагоцитов
  12. 8.3. Клінічна фармакологія препаратів заліза та інших антианемічних ЛП
  13. Детоксикация с использованием ингибиторов
  14. Патогенез