Kulsyreanhydrase

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation, søg
Bånddiagram af humant kulsyreanydrase II, med et zinkatom synligt i midten

Kulsyreanhydraserne (også kaldet carboanhydrase eller karbonatdehydratase, EC 4.2.1) danner en familie af enzymer, der katalyserer den hurtige omdannelse af kuldioxid til bikarbonat og protoner, en reaktion der forløber relativt langsomt uden katalysator.[1] De fleste kulsyreanhydrasers aktive site indeholder en zinkion, hvormed de klassificeres som metalloenzymer.

Struktur og funktion[redigér | redigér wikikode]

Flere former af kulsyreanhydrase forekommer i naturen. Det bedststuderede eksempel er α-kulsyreanhydrase, der er til stede i dyr og indeholder en zinkion koordineret af imidazolringene fra tre histidinrester, His94, His96 og His119.

Den primære funktion for enzymet i dyr er at omdanne kuldioxid og bikarbonat i henhold til at opretholde syre-base-balancen i blod og andre væv og muliggøre transporten af disse stoffer. heden for enzymet Der eksisterer 14 forskellige isoformer i pattedyr. Planter har en anden form kaldet β-kulsyreanhydrase, som, fra et evolutionært synspunkt, er et særskilt enzym, men deltager i samme reaktion og også bruger en zinkion i dets aktive site. I planter hjælper kulsyreanhydrase med at hæve koncentrationen af CO2 i grønkornene for at forøge carboxyleringshastigheden for enzymet RuBisCO. Dette er den reaktion, der integrerer CO2 i sukre under fotosyntese, og som kun kan bruge kulstof på CO2-formen. β-kulsyreanhydrases zinkion koordineres i modsætning til α-kulsyreanhydrases af to cysteinrester og én histidinrest.

Mekanisme[redigér | redigér wikikode]

Kulsyreanhydrase II's aktive site indeholdende tre histidinrester og en hydroxid-gruppe (rød og hvid), der koordinerer til zinkionen (lilla). Fra PDB 1CA2.

Mekanismen afviger lidt fra type til type, men involverer zink(II)ionen, der aktiverer et vandmolekyle ved at sænke pKa til omkring 7 (normalen er ca. 16), hvormed den let deprotoneres og bliver en langt bedre nukleofil. Herefter kan hydroxidionen angribe kuldioxid og dermed hydrere molekylet, der i mellemtiden af enzymet er bragt i position tæt på det aktiverede vandmolekyle, således at kontakt imellem de to molekyler er muliggjort.

CA-familier[redigér | redigér wikikode]

Bånddiagram af humant kulsyreanhydrase II. I det aktive site ses en zinkion.

Der er mindst fem særskilte CA-familier (CA fra det engelske Carbonic Anhydrase) kaldet α-, β-, γ-, δ- og ε-kulsyreanhydrase. Disse familier har ingen betydelig overensstemmelse i deres aminosyresekvenser og i de fleste tilfælde menes der at være tale om eksempler på konvergent evolution.

α-CA[redigér | redigér wikikode]

CA-enzymerne fundet i pattedyr kan inddeles i fire brede undergrupper,[2] som hver især består af flere isoformer:

  • de cytosoliske CA'er (CA-I, CA-II, CA-III, CA-VII og CA XIII)
  • mitokondrielle CA'er (CA-VA og CA-VB)
  • sekrerede CA'er (CA-VI)
  • membranassocierede CA'er (CA-IV, CA-IX, CA-XII, CA-XIV og CA-XV)

Derudover findes tre ikke-katalytiske CA-isoformer (CA-VIII, CA-X og CA-XI), hvis funktion forbliver uvis.[3]

Sammenligning af humane kulsyreanhydraser
Isoform Gen Molmasse[4] Tilstedeværelse (celle) Tilstedeværelse (væv)[4] Relativ aktivitet[4] Følsomhed over for sulfonamider[4]
CA-I CA1 29 kDa cytosol rødt blodlegeme og fordøjelsessystemet 15% høj
CA-II CA2 29 kDa cytosol stortset allestedsnærværende 100% høj
CA-III CA3 29 kDa cytosol 8% af opløseligt protein i Type I muskel 1% lav
CA-IV CA4 35 kDa ekstracellulært GPI-bundet Bredt distribueret, fx syretransport ~100% moderat
CA-VA CA5A mitokondrie
CA-VB CA5B mitokondrie sekretceller
CA-VI CA6
CA-VII CA7 cytosol bredt distribueret i mange celler og væv
CA-IX CA9 cellemembrane-associeret
CA-XII CA12 44 kDa ekstracellulært placeret aktivt site visse cancerer ~30%
CA XIII CA13 cytosol
CA-XIV CA14 54 kDa ekstracellulært placeret aktivt site nyre, hjerte, skeletmuskulatur, hjerne
CA-XV

β-CA[redigér | redigér wikikode]

De fleste prokaryoters og planters grønkorns CA'ere indgår i beta-familien. To signaturmønstre for denne familie er blevet identificeret:

  • C-[SA]-D-S-R-[LIVM]-x-[AP]
  • [EQ]-[YF]-A-[LIVM]-x(2)-[LIVM]-x(4)-[LIVMF](3)-x-G-H-x(2)-C-G

γ-CA[redigér | redigér wikikode]

Gamma-klassen af CA'ere kommer fra methan-producerende bakterier, der vokser i varme kilder.

δ-CA[redigér | redigér wikikode]

Delta-klassen af CA'ere er blevet beskrevet i kiselalger. Særskillelsen af denne klasse af CA'ere er der dog for nylig blevet rejst tvivl om.[5]

ε-CA[redigér | redigér wikikode]

Epsilon-klassen af CA'ere forekommer udelukkende i bakterier i få kemolitotrofer og marine cyanobakterier, der indeholder cso-carboxysomer.[6] Nyere 3-dimensionelle analyser[5] foreslår, at ε-CA har en vis strukturel overensstemmelse med β-CA, i særdeleshed nær metalionsitet. Dermed kan de to former være i familie langt ude, selvom den underliggen aminosyresekvens siden har forændret sig meget i hver sin retning.

Eksterne henvisninger[redigér | redigér wikikode]

Referencer[redigér | redigér wikikode]

  1. Badger MR, Price GD (1994). "The role of carbonic anhydrase in photosynthesis". Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Bio. 45: 369–392. doi:10.1146/annurev.pp.45.060194.002101. 
  2. Breton S (2001). "The cellular physiology of carbonic anhydrases". JOP 2 (4 Suppl): 159–64. PMID 11875253. http://www.joplink.net/prev/200107/4.html. 
  3. Lovejoy DA, Hewett-Emmett D, Porter CA, Cepoi D, Sheffield A, Vale WW, Tashian RE (1998). "Evolutionarily conserved, "acatalytic" carbonic anhydrase-related protein XI contains a sequence motif present in the neuropeptide sauvagine: the human CA-RP XI gene (CA11) is embedded between the secretor gene cluster and the DBP gene at 19q13.3". Genomics 54 (3): 484–93. doi:10.1006/geno.1998.5585. PMID 9878252. 
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 Med mindre andet er specificeret: Walter F., PhD. Boron. Medical Physiology: A Cellular And Molecular Approaoch. Elsevier/Saunders. ISBN 1-4160-2328-3.  Page 638
  5. 5,0 5,1 Sawaya MR, Cannon GC, Heinhorst S, Tanaka S, Williams EB, Yeates TO, Kerfeld CA (2006). "The structure of beta-carbonic anhydrase from the carboxysomal shell reveals a distinct subclass with one active site for the price of two". J. Biol. Chem. 281 (11): 7546–55. doi:10.1074/jbc.M510464200. PMID 16407248. 
  6. So AK, Espie GS, Williams EB, Shively JM, Heinhorst S, Cannon GC (2004). "A novel evolutionary lineage of carbonic anhydrase (epsilon class) is a component of the carboxysome shell". J. Bacteriol. 186 (3): 623–30. doi:10.1128/JB.186.3.623-630.2004. PMID 14729686.