Levende cellen zijn van nature ontworpen om zichzelf te kunnen beschermen. Sommige bedreigingen voor cellen komen van chemicaliën die in de cellen zelf worden gegenereerd. Om deze schadelijke chemicaliën te bestrijden, creëren cellen enzymen die gevaarlijke chemicaliën in onschadelijke stoffen kunnen omzetten. Eén zo'n enzym, bekend als catalase, werkt om waterstofperoxide te ontgiften.
Waterstof peroxide
Waterstofperoxide is een chemische stof die per ongeluk in cellen kan worden geproduceerd, legt de Protein Data Bank uit. Veel cellen, waaronder menselijke cellen, gebruiken zuurstof in een verscheidenheid aan chemische reacties. Soms reageert deze zuurstof met andere nabijgelegen verbindingen en vormt de chemische waterstofperoxide. Waterstofperoxide kan reageren met bepaalde moleculen in cellen en schade aan eiwitten en belangrijke cellulaire structuren veroorzaken. Bovendien kan waterstofperoxide worden omgezet in hydroxylradicalen, een soort vrije radicalen. Vrije radicalen zijn onstabiele moleculen die schadelijke kettingreacties in cellen kunnen veroorzaken. Catalase is ontworpen om waterstofperoxide uit cellen te verwijderen.
Mechanisme
Catalase is een enzym, wat betekent dat het chemische reacties versnelt die anders zeer langzaam in cellen zouden optreden. De reactie die catalase versnelt, is de afbraak van twee moleculen waterstofperoxide, in twee moleculen water en één molecuul zuurstofgas. Omdat catalase zuurstof produceert, is het meestal alleen te vinden in organismen die kunnen overleven in de aanwezigheid van zuurstof; deze organismen staan bekend als aerobes.
Structuur
Het catalase-eiwit is een tetrameer, wat betekent dat het bestaat uit vier eiwit-subeenheden, volgens de website van Biomolecules op Kenyon College. Naast deze vier eiwitsubeenheden bevat catalase ook een heem en een nicotinamide-adenine-dinucleotide-fosfaatmolecuul, gewoonlijk aangeduid als NADP; deze twee moleculen zijn ook nodig om het enzym goed te laten functioneren. Hoewel er kleine verschillen zijn in de katalase-structuur tussen de soorten die in verschillende organismen worden aangetroffen, is de algehele structuur van vier eiwit-subeenheden gecombineerd met een heem- en NADP-molecuul.
Catalase en Bacteriën
Catalase wordt aangetroffen in veel zuurstof-groeiende bacteriën. Dit werkt als een beschermend mechanisme voor bacteriën, omdat sommige afweercellen waterstofperoxide genereren om infectieuze bacteriële cellen te doden. Catalase kan ook in laboratoria worden gebruikt als onderdeel van een reeks tests om bacteriën te identificeren op basis van hun kenmerken; de bacteriën worden behandeld met een kleine hoeveelheid waterstofperoxide; als bellen vormen, hebben de bacteriën het katalase-enzym.
Catalase en grijze haren
Catalase kan ook worden gebonden aan de vergrijzing van het haar. Een artikel uit 2009 in Science Daily citeert onderzoek waaruit bleek dat grijze haren worden veroorzaakt door de ophoping van waterstofperoxide in haarzakjes. Het waterstofperoxide kan haar alleen bleken als de niveaus van catalase in de haarzakjes verminderen.
