Enzime care participă ca bariere fiziologice pentru eliminarea radicalilor liberi II

Cuvinte cheie: RADICALE GRATUITE; CATALASE/chimie; SPECII REACTIVE DE OXIGEN.

INTRODUCERE

În timpul proceselor biologice și în schimb constant cu mediul, sunt generate specii chimice cunoscute sub numele de radicali liberi, care se caracterizează prin prezentarea unui electron nepereche și prin faptul că sunt foarte reactivi. Dintre toți radicalii, speciile reactive derivate din oxigen (EROS) sunt de mare interes datorită structurii biradicale a acestei molecule și a numărului mare de procese care le generează și în care pot fi implicate.

Principalele EROS sunt: anion superoxid (O 2), radical hidroxil (OH +), oxigen singulet și peroxid de hidrogen (H 2 O 2). Aceste specii radicale sunt implicate în afectarea celulelor în așa fel încât agresiunile oxidative pot fi direcționate către carcinogeneză, boli inflamatorii, senescență celulară și boli neurodegenerative, printre alte procese patologice. 1

În organism există un sistem de protecție antioxidantă format din enzime și compuși cu greutate moleculară mică. Una dintre enzimele care intervine în protecție și, în consecință, în menținerea echilibrului oxidant/antioxidant este catalaza (CAT).

Catalaza (peroxid de hidrogen: peroxid de hidrogen oxidoreductază, EC 1.11.1.6) este una dintre cele mai abundente enzime din natură și este larg distribuită în corpul uman, deși activitatea sa variază în funcție de țesut; este mai mare în ficat și rinichi, mai scăzut în țesutul conjunctiv și epitelii și practic nul în țesutul nervos. La nivel celular este localizat în mitocondrii și peroxizomi, cu excepția eritrocitelor, unde se găsește în citosol. 2 Această enzimă este o metaloproteină tetramerică, a cărei greutate moleculară este cuprinsă între 210-280 kD. Se compune din 4 subunități identice care sunt ținute împreună de interacțiuni non-covalente. Fiecare subunitate conține un grup protetic de protoporfirină IX, iar conținutul de protoemie și fier reprezintă 1,1% și, respectiv, 0,09% din greutatea moleculară totală a enzimei. 3

La unele specii, CAT conține molecule de fosfat de nicotinamină adenină dinucleotidă în forma sa redusă (NADPH), care sunt strâns legate de enzimă; astfel, s-a arătat că CAT-ul uman și cel al cărnii de vită sunt legate de 4 molecule NADPH, câte 1 în fiecare subunitate și că nu există nicio interacțiune directă între grupul hem și NADPH. 4 Figura prezintă o reprezentare a unei subunități a enzimei.

NADPH legat de enzimă nu este implicat în activitatea sa catalitică sau peroxidativă. Această moleculă poate interveni în prevenirea și inversarea parțială a inactivării CAT prin propriul său substrat toxic și stabilizează enzima având un efect alosteric asupra conformației sale. Mai mult, CAT constituie un rezervor de NADPH, care joacă un rol important în timpul stresului oxidativ. 5

CAT, ca parte a sistemului antioxidant, este implicată în distrugerea H2O2 generată în timpul metabolismului celular. Această enzimă se caracterizează prin capacitatea sa de reacție ridicată, dar afinitatea relativ scăzută pentru substrat. Are 2 funcții: catalitic și peroxidativ. Ambele pot fi reprezentate prin ecuația:

H 2 O 2 + H 2 R ---------- ® 2H 2 O + R

Substrat donator CAT

Reacția generală implică reducerea substratului prin preluarea atomilor de hidrogen contribuiți de donator, iar produsele finale ar fi substratul redus și donatorul oxidat.

În funcția catalitică, donatorul este o altă moleculă de H 2 O 2. Această funcție poate fi îndeplinită doar de enzimă în forma sa tetramerică. 6

H 2 O 2 + H 2 O 2 ----- ® 2H 2 O + + O 2

În reacția peroxidativă, enzima poate folosi metanol, etanol, acid formic, fenol și formaldehidă ca donatori de hidrogen. 7 Această funcție poate fi îndeplinită cu monomeri, dimeri și tetrameri. 6

Activitatea CAT poate fi inhibată de cianură, azidă, sulfură, hidroxilamină, paracetamol, bleomicină, adriamicină, benzidină și paraquat. Două

IMPORTANȚA BIOMEDICĂ A CATALASEI

CAT a fost studiat pe scară largă în ceea ce privește participarea sa la numeroase procese patologice de mare importanță în cercetarea biomedicală și este implicat atât în geneza, cât și în consecințele acestor procese.

La modelele animale și umane de ischemie-reperfuzie, a fost observată participarea EROS la producerea daunelor care apar în timpul acestui proces, precum și modificarea enzimelor antioxidante, printre care se găsește CAT. se comportă în același mod în toate țesuturile.