Peroksidaza je eden od številnih encimov, ki delujejo kot katalizatorji, ki omogočajo izvajanje različnih bioloških procesov. Natančneje, spodbujajo oksidacijo različnih spojin z uporabo naravno prisotnih peroksidov, zlasti vodikovega peroksida (H2O2), ki se reducirajo in tvorijo vodo. Peroksidi nastajajo kot stranski produkti različnih biokemičnih reakcij v organizmih, vendar lahko povzročijo škodo, saj so oksidanti. Peroksidaze razgradijo te spojine v neškodljive snovi z dodajanjem vodika, pridobljenega iz druge molekule – znane kot donorska molekula – v reakciji redukcijske oksidacije (redox), pri kateri se peroksid reducira v vodo, druga molekula pa se oksidira. Teh encimov je veliko in jih najdemo v rastlinah in živalih, vključno z ljudmi.
Struktura in lastnosti
Kot vsi encimi so tudi peroksidaze zelo velike, kompleksne molekule zapletenih oblik, ki vključujejo več gub. Na voljo so v različnih vrstah, od katerih nekatere lahko uporabljajo najrazličnejše donorske molekule in zmanjšajo širok spekter peroksidov, nekatere pa so veliko bolj specifične. Encimi imajo “aktivno mesto”, ki je del molekule, kjer poteka reakcija. Ta je lahko v zlahka dostopnem delu molekule ali pa je spravljena v gubo, kjer jo lahko doseže le molekula točno prave oblike. Peroksidaza hrena (HRP) je primer encima, ki lahko uporablja najrazličnejše donorske molekule in perokside.
Vloga v bioloških sistemih
V rastlinah najdemo številne peroksidaze, kjer lahko pomagajo zmanjšati škodo, ki jo povzročijo stresni dejavniki ali škodljivci žuželk. Ko so rastline izpostavljene stresu – kot so suša ali visoke temperature – ali napadom škodljivcev, to povzroči sproščanje reaktivnih kisikovih vrst (ROS). To so oblike kisika ali spojine tega elementa, vključno z vodikovim peroksidom, v katerem je kisik zelo reaktiven in lahko poškoduje ali ubije celice. Menijo, da peroksidaze odstranijo ROS in tako pomagajo preprečiti poškodbe.
Pri ljudeh in drugih sesalcih se skupina teh encimov, imenovanih glutationi, ki vsebujejo element selen, nahaja v celicah in zunaj njih. Nekateri od teh katalizirajo reakcije, ki vključujejo H2O2, drugi pa uporabljajo peroksidne spojine lipidov (maščobe in olja). Zdi se, da je njihova glavna vloga odstranjevanje teh potencialno škodljivih oksidantov. Peroksidaze v slini omogočajo tudi redoks reakcije med H2O2 in kemikalijami, imenovanimi tiocianati, ki proizvajajo spojine, ki lahko ubijejo potencialno škodljive mikroorganizme. Ščitnična peroksidaza sprošča jod iz hranilnih snovi za tvorbo esencialnih ščitničnih hormonov.
Ena nenavadna uporaba teh encimov se pojavi pri skupini žuželk, znanih kot bombaški hrošči. Imajo komoro, ki vsebuje mešanico vodikovega peroksida in kemikalij, imenovanih hidrokinoni. Ko so ogroženi, jih pomešajo s peroksidazami, ki katalizirajo redoks reakcijo, pri kateri se sprosti veliko toplote, pri čemer se nastala tekočina eksplozivno izbriše pri 212 °F (100 °C). Je zelo učinkovit način za odvračanje plenilcev.
uporabljate
Študija rastlinskih peroksidaz, kot je HRP, pridobljena iz korenine hrena, je razširila področja molekularne biologije in imunohistokemije, znane tudi kot histokemija. V prvem se HRP uporablja za odkrivanje protiteles proti peroksidazi, ki lahko kažejo na avtoimunsko stanje, ki povzroča težave s ščitnico. Uporablja se tudi za merjenje ravni glukoze v serumu ali urinu. Kot diagnostično orodje v patologiji ima HRP sposobnost ciljanja in vezave na določene biomarkerje, ki jih najdemo v rakavih celicah, in povzroči reakcijo na madeže, ko se vnese v vzorce biopsije. Poleg tega, da je lahko dostopen in poceni za pridobitev, se HRP šteje za posebej uporabnega za takšne teste, ker je zelo stabilen in odprt za reagiranje z različnimi molekulami darovalcev.
Zgodovina
Raziskovanje narave teh encimov je potekalo s poskusi razgradnje vodikovega peroksida, ki jih je izvedel francoski baron in kemik Louis Jacques Thénard sredi 19. stoletja. Ker je bil prvi, ki je spojino proizvedel v laboratoriju, je pozneje ugotovil, da jo lahko številni živalski in rastlinski materiali pretvorijo v vodo in kisik in da lahko isti vzorec materiala to stori večkrat. To je bilo nenavadno, kot da bi šlo za preprosto kemično reakcijo med peroksidom in nečim v organskem materialu, ki bi se morala ustaviti, ko je aktivna snov porabljena. To je pripeljalo do odkritja katalizatorjev – snovi, ki omogočajo kemično reakcijo, ne da bi pri tem dejansko sodelovale – in še posebej peroksidaz.