Peroksidazė yra vienas iš daugelio fermentų, kurie veikia kaip katalizatoriai, leidžiantys vykti įvairiems biologiniams procesams. Konkrečiai, jie skatina įvairių junginių oksidaciją naudojant natūraliai susidarančius peroksidus, ypač vandenilio peroksidą (H2O2), kurie redukuojami ir susidaro vanduo. Peroksidai susidaro kaip įvairių organizmų biocheminių reakcijų šalutiniai produktai, tačiau gali pakenkti, nes yra oksidatoriai. Peroksidazės suskaido šiuos junginius į nekenksmingas medžiagas, pridedant vandenilio, gauto iš kitos molekulės, žinomos kaip donoro molekulė, per redukcijos-oksidacijos (redokso) reakciją, kurios metu peroksidas redukuojamas ir susidaro vanduo, o kita molekulė oksiduojama. Šių fermentų yra daug, jie randami augaluose ir gyvūnuose, įskaitant žmones.
Struktūra ir savybės
Kaip ir visi fermentai, peroksidazės yra labai didelės, sudėtingos molekulės su sudėtingomis formomis, apimančiomis daugybę raukšlių. Jie būna įvairių tipų, kai kurie iš jų gali naudoti daugybę donorų molekulių ir sumažinti daugybę peroksidų, o kai kurie iš jų yra daug specifiškesni. Fermentai turi „aktyviąją vietą“, kuri yra molekulės dalis, kurioje vyksta reakcija. Tai gali būti lengvai pasiekiamoje molekulės dalyje arba ji gali būti įdėta į raukšlę, kur ją gali pasiekti tik tiksliai tinkamos formos molekulė. Krienų peroksidazė (HRP) yra fermento, kuris gali naudoti daugybę donorų molekulių ir peroksidų, pavyzdys.
Vaidmuo biologinėse sistemose
Daugybė peroksidazių randama augaluose, kur jos gali padėti sumažinti streso veiksnių ar vabzdžių kenkėjų daromą žalą. Kai augalai patiria stresą, pvz., sausrą ar aukštą temperatūrą, arba juos užpuola kenkėjai, paprastai išsiskiria reaktyviosios deguonies rūšys (ROS). Tai yra deguonies formos arba šio elemento junginiai, įskaitant vandenilio peroksidą, kuriuose deguonis yra labai reaktyvus ir gali pažeisti arba nužudyti ląsteles. Manoma, kad peroksidazės pašalina ROS ir padeda išvengti žalos.
Žmonėms ir kitiems žinduoliams grupė šių fermentų, vadinamų glutationais, kurių sudėtyje yra elemento seleno, randami tiek ląstelėse, tiek išorėje. Kai kurie iš jų katalizuoja reakcijas, kuriose dalyvauja H2O2, o kitose naudojami lipidų (riebalų ir aliejų) peroksido junginiai. Atrodo, kad pagrindinis jų vaidmuo yra pašalinti šiuos potencialiai kenksmingus oksidatorius. Seilėse esančios peroksidazės taip pat skatina redokso reakcijas tarp H2O2 ir cheminių medžiagų, vadinamų tiocianatais, gamindamos junginius, kurie gali sunaikinti potencialiai kenksmingus mikroorganizmus. Skydliaukės peroksidazė išskiria jodą iš maistinių medžiagų, kad susidarytų būtini skydliaukės hormonai.
Vienas neįprastas šių fermentų panaudojimas įvyksta vabzdžių grupėje, vadinamoje bombardieriaus vabalais. Juose yra kamera, kurioje yra vandenilio peroksido ir cheminių medžiagų, vadinamų hidrochinonais, mišinys. Kilus grėsmei, jie sumaišo jas su peroksidazėmis, kurios katalizuoja redokso reakciją, kurios metu išsiskiria daug šilumos, o susidaręs skystis sprogstamai išstumiamas 212 °C (100 °F) temperatūroje. Tai labai efektyvus būdas atgrasyti plėšrūnus.
Naudoja
Augalinės kilmės peroksidazių, tokių kaip HRP, gautos iš krienų šaknų, tyrimas paskatino molekulinės biologijos ir imunohistochemijos, dar vadinamos histochemija, sritis. Pirmuoju atveju HRP naudojamas aptikti peroksidazės antikūnus, kurie gali rodyti autoimuninę būklę, sukeliančią skydliaukės problemų. Jis taip pat naudojamas gliukozės kiekiui serume arba šlapime matuoti. Kaip patologijos diagnostikos priemonė, HRP gali nukreipti ir prisijungti prie tam tikrų vėžinėse ląstelėse esančių biomarkerių ir sukelti dėmių reakciją, kai patenka į biopsijos mėginius. Be to, kad HRP yra lengvai prieinamas ir nebrangus, jis laikomas ypač naudingu tokiems tyrimams, nes yra labai stabilus ir atviras reaguoti su įvairiomis donorų molekulėmis.
Istorija
Šių fermentų prigimties tyrimus paskatino prancūzų barono ir chemiko Louis Jacques Thénard eksperimentai, susiję su vandenilio peroksido skaidymu XIX amžiaus viduryje. Pirmasis laboratorijoje pagaminęs junginį vėliau išsiaiškino, kad daugelis gyvūninių ir augalinių medžiagų gali jį paversti vandeniu ir deguonimi ir kad tas pats medžiagos mėginys gali tai padaryti daug kartų. Tai buvo keista, tarsi tai būtų paprasta cheminė reakcija tarp peroksido ir kažko organinėje medžiagoje, ji turėtų sustoti, kai tik veiklioji medžiaga bus išnaudota. Tai paskatino atrasti katalizatorius – medžiagas, kurios įgalina cheminę reakciją joje iš tikrųjų nedalyvaujant – ir ypač peroksidazės.