过氧化氢酶

过氧化氢酶CAS:9001-05-2生工1101过氧化氢酶1.概述2.发现历史3.基本性质4.来源及反应机制5.检测分布与分离6.功能与应用发现历史：作为一种物质，过氧化氢酶是在1811年被过氧化氢（H2O2）的发现者泰纳尔（LouisJacquesThénard）首次发现。1900年，OscarLoew将这种能够降解过氧化氢的酶命名为“Catalase”，即过氧化氢酶，并发现这种酶存在于许多植物和动物中。1937年，詹姆斯·B·萨姆纳将来自牛肝中的过氧化氢酶结晶，并在次年获得了该酶的分子量。1969年，牛的过氧化氢酶的氨基酸序列得以解出。而后，1981年，其三维结构得以解析。1.过氧化氢酶的概述过氧化氢酶是催化过氧化氢分解成氧和水的酶，存在于细胞的过氧化物体内。(又称：触酶;接触酶;氧化酵素;氯化酵素;过氧化氢酶;血中氧化酶;过氧化氢酵酶;过氧化氢放氧酶;(牛肝中)过氧化氢酶是过氧化物酶体的标志酶,约占过氧化物酶体酶总量的40%。过氧化氢酶在食品工业中被用于除去用于制造奶酪的牛奶中的过氧化氢。过氧化氢酶也被用于食品包装，防止食物被氧化。简介：过氧化氢酶又称触酶（ＣＡＴ）是以铁卟啉为辅基的结合酶，在20°C时密度为1.06g/mL，储存条件:2--8°C，酶分子结构中含有铁卟啉环，１个分子酶蛋白中含有４个铁原子。三维立体图过氧化氢酶是在生物演化过程中建立起来的生物防御系统的关键酶之一，其生物学功能是催化细胞内过氧化氢分解，防止过氧化。基本性质物理性质：近乎白色至浅棕黄色的无定形粉末或液体。分子量约24万。溶于水，水溶液一般呈浅棕黄色至棕色，几乎不溶于乙醇、氯仿和乙醚。最适pH值7.0，在稀酸中作用受阻。最适温度0～10℃，温度过高或过氧化氢浓度过大均能破坏其活性。可燃性危险特性热分解排出辛辣刺激烟雾储运特性库房低温通风干燥由肝脏环境所得的最适pH值为7.0左右，在5.3～8.0之间活性都很高，5.0以下则很快下降。由黑曲菌内所得pH值在2～7之间均很活跃，而由小球菌制得的最适pH值为7～9。生理特性：酶活力：1分子的过氧化氢酶在1min内约可使500万个过氧化氢分子分解。除了进行一些正常生理代谢活动，过氧化氢酶也能够氧化其他一些细胞毒性物质，如甲醛、甲酸、苯酚和乙醇。任何重金属离子（如铜离子）可以作为过氧化氢酶的非竞争性抑制剂。另外，剧毒性的氰化物是过氧化氢酶的竞争性抑制剂，可以紧密地结合到酶中的血红素上，阻止酶的催化反应。来源：天然存在于好气性微生物、哺乳动物的红血球、肝脏(极丰富)等中。几乎所有的生物机体都存在过氧化氢酶。其普遍存在于能呼吸的生物体内，主要存在于植物的叶绿体、线粒体、内质网、动物的肝和红细胞中，其酶促活性为机体提供了抗氧化防御机理。反应机制：基本理论：CAT作用于过氧化氢的机理实质上是H2O2的歧化，必须有两个H2O2先后与CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能发生反应。H2O2浓度越高，分解速度越快。虽然过氧化氢酶完整的催化机制还没有完全被了解，但其催化过程被认为分为两步：H2O2+Fe(III)-E→H2O+O=Fe(IV)-E(.+)H2O2+O=Fe(IV)-E(.+)→H2O+Fe(III)-E+O2[12]其中，“Fe()-E”表示结合在酶上的血红素基团（E）的中心铁原子（Fe）。Fe(IV)-E(.+）为Fe(V)-E的一种共振形式，即铁原子并没有完全氧化到+V价，而是从血红素上接受了一些“支持电子”。因而，反应式中的血红素也就表示为自由基阳离子（.+).具体反应机制：过氧化氢进入活性位点并与酶147位上的天冬酰胺残基（Asn147）和74位上的组氨酸残基（His74）相互作用，使得一个质子在氧原子间互相传递。自由的氧原子配位结合，生成水分子和Fe(IV)=O。Fe(IV)=O与第二个过氧化氢分子反应重新形成Fe(III)-E，并生成水分子和氧气。[12]活性中心铁原子的反应活性可能由于357位上酪氨酸残基（Tyr357）的苯酚基侧链的存在（帮助Fe(III）氧化为Fe(IV））而得以提高。反应的效率可能是通过His74和Asn147与反应中间体作用而得以提高。[12]该反应的速率通常可以通过米氏方程来确定。[2]检测：进行中的过氧化氢酶检测，可以观察到气泡。过氧化氢酶检测是微生物学家鉴定细菌种类的主要的三种检测手段之一，即用过氧化氢来检测过氧化氢酶是否存在。假如细菌中含有过氧化氢酶，则在过氧化氢溶液中加入少量细菌提取物就能观察到氧气气泡生成。有气泡生成，则该菌被认为是呈“过氧化氢酶阳性”。如葡萄球菌和微球菌。没有，则该菌被认为是呈“过氧化氢酶阴性”。如链球菌和肠球菌。虽然过氧化氢酶检测无法鉴定特定生物体，但与其他检测方法结合，它可以有效地帮助诊断。分布：过氧化氢酶天然存在于所有已知的动物的各个组织中、好气性微生物、哺乳动物的红血球、肝脏(极丰富)等中。过氧化氢酶也普遍存在于植物中，但不包括真菌，虽然有些真菌被发现在低pH值和温暖的环境下能够产生该酶。绝大多数需氧微生物都含有过氧化氢酶[4]。例外包括Streptococcus，一种没有过氧化氢酶的需氧细菌。部分厌氧微生物，如Methanosarcinabarkeri，也含有过氧化氢酶。例如：CAT是红血素酶，不同的来源有不同的结构。在不同的组织中其活性水平高低不同。过氧化氢在肝脏中分解速度比在脑或心脏等器官快，就是因为肝中的CAT含量水平高。分离；1.以牛肝为原料，在35%二氧六环中匀浆，过滤后用二氧六环沉淀，饱和硫酸铵结晶得产品。（过氧化氢酶以牛肝为原料采用水浸提法提取,它既是氧化剂又是还原剂）2.由黑曲霉变种(Aspergillusnigervar.)在通风搅拌等控制条件下培养而得。3.由溶纤维蛋白小球菌(Micrococcuslysodeikticus)的深层发酵液提取精制而成。功能：过氧化氢酶真正的生物学重要性并不是如此简单：过氧化氢酶通常定位于一种被称为过氧化物酶体的细胞器中。植物细胞中的过氧化物酶体参与了光呼吸（利用氧气并生成二氧化碳）和共生性氮固定（将氮气(N2）解离为活性氮原子）。但细胞被病原体感染时，过氧化氢可以被用作一种有效的抗微生物试剂。部分病原体，如结核杆菌、嗜肺军团菌和空肠弯曲菌，能够生产过氧化氢酶以降解过氧化氢，使得它们能在宿主体内存活。生物学作用：在投弹手甲虫（bombardierbeetle）中，过氧化氢酶具有独特用途。这种甲虫腹部的腺体中存有对苯二酚和过氧化氢，受到威胁时这两种物质可在一个含有过氧化氢酶和辣根过氧化物酶的空腔中混合。过氧化氢在酶的催化作用下放出氧气，也把对苯二酚氧化为对苯醌，反应剧烈放热，使混合物沸腾气化，连同氧气的助推作用，将混合物喷出。过氧化氢酶的应用：过氧化氢酶应用也是相当广泛的，其主要应用于食品、纺织、医药、化妆品等行业。食品方面的应用：作为酶制剂，主要用于干酪、牛奶和蛋制品等的生产，以消除由紫外线照射时产生过氧化氢而造成的特异臭味；亦可用作面包制造时的疏松剂。在牛奶中的最高用量为20mg/kg。可用于食品的防腐、牛奶的杀菌脱糖等常用诊断用酶。配合偶联反应，测定葡萄糖等。食物防腐、分解过氧化氢。生化试剂用于生化研究、食物防腐，临床上常用作诊断酶，测定葡萄糖含量。漂白作用：要说明的是用酶可促进漂白的进行，羊毛在含有蛋白酶BactosolST的过氧化氢漂液中漂白，可显著提高羊毛的白度和亲水性。这是由于酶促进羊毛纤维初始受到快速的浸蚀，致使羊毛漂白较易进行。从此原理出发，将蛋白酶对羊毛先预处理，使纤维表面裸露，再进行漂白，显然效果更好，且纤维损伤也易控制。纺织行业应用：其他应用：它还被用在隐形眼镜的清洁上：眼镜在含有过氧化氢的清洁剂中浸泡后，使用前再用过氧化氢酶除去残留的过氧化氢。近年来，过氧化氢酶开始使用在美容业中。一些面部护理中加入了该酶和过氧化氢，目的是增加表皮上层的细胞氧量。过氧化氢酶在实验室中还常常被用作了解酶对反应速率影响的工具。如：经典的“Fe3+与过氧化氢酶对比催化分解过氧化氢”的实验。*经计算，用质量分数为3.5%的氯化铁溶液和质量分数为20%的肝脏研磨液做实验，每滴氯化铁溶液中的Fe3+数，大约是每滴研磨液中过氧化氢酶分子的25万倍。