Karboanhidraza je beljakovina, ki pomaga uravnavati kislinsko-bazično ravnovesje in pH v krvi in drugih živalskih tkivih. Znana je predvsem po svoji vlogi pri preoblikovanju ogljikovega dioksida v bikarbonat, ki se prenaša v pljuča. Ta beljakovina je prisotna v večini organizmov, od bakterij do rastlin. Je tudi farmacevtski zanimiv, saj več zdravil zavira njegovo delovanje.
Ogljikov dioksid (CO2) nastane z aerobnim dihanjem in razgradnjo maščob. Iz telesa se odstrani z izdihom iz pljuč. Ogljikov dioksid, ki nastaja po telesu, je treba transportirati skozi kri, da pride v pljuča. Prenaša se v več oblikah, predvsem kot bikarbonat, HCO3-. Bikarbonat je CO2- z vezano OH skupino. Ko bikarbonat doseže pljuča, se pretvori nazaj v ogljikov dioksid, tako da ga lahko izdihnemo iz telesa.
Karboanhidraza pretvori ogljikov dioksid v bikarbonat v reverzibilni reakciji, predvsem v rdečih krvnih celicah. Ta reakcija se lahko zgodi spontano, vendar je hitrost veliko prepočasna za potrebe telesa. Kot encim karboanhidraza močno pospeši reakcijsko hitrost. Je eden najhitrejših znanih encimov. Ta reakcija ujame bikarbonat v celice, saj ne more difundirati v celice in iz njih, kot lahko ogljikov dioksid.
Ogljikova anhidraza ima na svojem aktivnem mestu molekulo cinka in je del razreda encimov, znanih kot metaloencimi. To je del razloga, zakaj ljudje potrebujejo cink v svoji prehrani. Mehanizem karboanhidraze vključuje molekulo vode, ki se veže na atom cinka. Skupina OH se nato veže na ogljikov atom CO2, kar povzroči bikarbonatni ion. Temu sledi sproščanje H+, protona.
Obstaja več različnih karboanhidraz, ki jih najdemo v različnih organizmih. Obstaja pet znanih razredov, za katere se zdi, da so se razvili neodvisno. Eden od razredov je razred alfa, ki obsega vsaj 14 oblik človeških encimov. Njihove lastnosti se razlikujejo glede na celični predel ali tkivo, v katerem se nahajajo.
Številne oblike so zunajcelične ali membransko vezane. To lahko pomaga izboljšati difuzijo ogljikovega dioksida in protonov v celici. Karbonska anhidraza lahko moti intracelularne pH gradiente s povečanjem gibanja protonov. To lahko pomaga celici ohraniti stalen celični pH. Presežek znotrajceličnih protonov lahko moti številne celične reakcije.
Vloga karboanhidraze se v različnih tkivih razlikuje. V želodcu sodeluje pri izločanju želodčne kisline, medtem ko slino ohranja nevtralno. Prav tako vpliva na vsebnost vode v celicah v očeh in ledvicah. Če karboanhidraze na teh mestih odsotne ali ne delujejo pravilno, lahko to privede do bolezni. Na primer, če se v očesu nabere preveč tekočine, lahko to povzroči glavkom.
Več zaviralcev karboanhidraze se komercialno uporablja kot farmacevtska zdravila, predvsem za nadzor glavkoma. Najpogosteje uporabljen zaviralec je acetazolamid. Uporablja se tudi za zdravljenje epilepsije in višinske bolezni ter številnih drugih stanj.
V rastlinah se ogljikov dioksid iz zraka ob prisotnosti sončne svetlobe s procesom fotosinteze pretvori v sladkor. Presežek ogljikovega dioksida se v rastlini shrani kot bikarbonat. Rastline uporabljajo karboanhidrazo za pretvorbo bikarbonata nazaj v ogljikov dioksid, tako da se lahko uporablja pri fotosintezi.