背景及概述

過氧化氫酶是一種催化過氧化氫分子分解的酶。2H2O2—→2H2O+O2系統(tǒng)名為H2O2;H2O2氧化還原酶(E、C、1、11、1、6)，它的輔基為血紅素，分子量為250，000，以四聚體存在。幾乎所有動(dòng)物細(xì)胞中都存在過氧化氫酶，除真性厭氧菌外，在植物中及所有微生物中廣泛存在這種酶。動(dòng)物肝臟、紅細(xì)胞、腎臟含有特別豐富的過氧化氫酶，主要存在于細(xì)胞的微體(又叫過氧化酶體)中。在線粒體的呼吸鏈，黃素酶反應(yīng)及其他氧化反應(yīng)中的電子傳遞中，都會(huì)或可能會(huì)生成一部分有毒性的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)物，最主要的是超氧離子O2-及H2O2，它們?cè)诨瘜W(xué)性質(zhì)上都非?；顫?，可能不可逆地?fù)p害某些生物分子，超氧化離子在細(xì)胞內(nèi)的超氧物歧化酶的作用下，變成過氧化氫和氧。過氧過氫酶最主要的作用，就是分解過氧化氫，防止過氧化氫的蓄積，使細(xì)胞免受過氧化氫之害，過氧化氫酶催化過氧化氫分解速度十分迅速，比過氧化物酶快104倍，每分子酶每秒鐘能催化分解44000分子的過氧化氫。由于我國(guó)境內(nèi)分布著各種類型的天然極端環(huán)境，擁有豐富的極端微生物資源,加大力度開發(fā)各類極端微生物的過氧化氫酶，并不斷提高產(chǎn)酶水平，有望改變我國(guó)對(duì)過氧化氫酶依賴進(jìn)口的局面。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)以及生物信息學(xué)的不斷發(fā)展，將使得在體外對(duì)極端酶進(jìn)行修飾和改造成為可能，極端微生物產(chǎn)CAT的開發(fā)和應(yīng)用必將呈現(xiàn)更加誘人的前景。

來源

幾乎所有的生物機(jī)體都存在過氧化氫酶。其普遍存在于能呼吸的生物體內(nèi)，主要存在于植物的葉綠體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、動(dòng)物的肝和紅細(xì)胞中，其酶促活性為機(jī)體提供了抗氧化防御機(jī)理Chemicalbook。CAT是紅血素酶，不同的來源有不同的結(jié)構(gòu)。在不同的組織中其活性水平高低不同。過氧化氫在肝臟中分解速度比在腦或心臟等器官快，就是因?yàn)楦沃械腃AT含量水平高。

反應(yīng)機(jī)制

雖然過氧化氫酶完整的催化機(jī)制還沒有完全被了解，但其催化過程被認(rèn)為分為兩步：其中，“Fe()-E”表示結(jié)合在酶上的血紅素基團(tuán)（E）的中心鐵原子（Fe）。Fe(IV)-E(.+）為Fe(V)-E的一種共振形式，即鐵原子并沒有完全氧化到+V價(jià)，而是從血紅素上接受了一些“支持電子”。因而，反應(yīng)式中的血紅素也就表示為自由基陽(yáng)離子（.+).過氧化氫進(jìn)入活性位點(diǎn)并與酶147位上的天冬酰胺殘基（Asn147）和74位上的組氨酸殘基（His74）相互作用，使得一個(gè)質(zhì)子在氧原子間互相傳遞。自由的氧原子配位結(jié)合，生成水分子和Fe(IV)=O。Fe(IV)=O與第二個(gè)過氧化氫分子反應(yīng)重新形成Fe(III)-E，并生成水分子和氧氣。[12]活性中心鐵原子的反應(yīng)Chemicalbook活性可能由于357位上酪氨酸殘基（Tyr357）的苯酚基側(cè)鏈的存在（幫助Fe(III）氧化為Fe(IV））而得以提高。反應(yīng)的效率可能是通過His74和Asn147與反應(yīng)中間體作用而得以提高。[12]該反應(yīng)的速率通?？梢酝ㄟ^米氏方程來確定。過氧化氫酶也能夠氧化其他一些細(xì)胞毒性物質(zhì)，如甲醛、甲酸、苯酚和乙醇。這些氧化過程需要利用過氧化氫通過以下反應(yīng)來完成：同樣，具體的反應(yīng)機(jī)制還不清楚。任何重金屬離子（如硫酸銅中的銅離子）可以作為過氧化氫酶的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。另外，劇毒性的氰化物是過氧化氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，可以緊密地結(jié)合到酶中的血紅素上，阻止酶的催化反應(yīng)。處于過氧化狀態(tài)的過氧化氫酶中間體的三維結(jié)構(gòu)已經(jīng)獲得解析，可以在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到。

應(yīng)用

過氧化氫酶在食品工業(yè)中被用于除去用于制造奶酪的牛奶中的過氧化氫。過氧化氫酶也被用于食品包裝，防止食物被氧化。在紡織工業(yè)中，過氧化氫酶被用于除去紡織物上的過氧化氫，以保證成品是不含過氧化物的。它還被用在隱形眼鏡的清潔上：眼鏡在含有過氧化氫的清潔劑中浸泡后，使用前再用過氧化氫酶除去殘留的過氧化氫。過氧化氫酶在美容業(yè)中的使用：一些面部護(hù)理中加入了該酶和過氧化氫，目的是增加表皮上層的細(xì)胞氧量。過氧化氫酶在實(shí)驗(yàn)室中還常常被用作了解酶對(duì)反應(yīng)速率影響的工具。

功能概述

過氧化氫是一種代謝過程中產(chǎn)生的廢物，它能夠?qū)C(jī)體造成損害。為了避免這種損害，過氧化氫必須被快速地轉(zhuǎn)化為其他無(wú)害或毒性較小的物質(zhì)。而過氧化氫酶就是常常被細(xì)胞用來催化過氧化氫分解的工具。但過氧化氫酶真正的生物學(xué)重要性并不是如此簡(jiǎn)單：研究者發(fā)現(xiàn)基因工程改造后的過氧化氫酶缺失的小鼠依然為正常表現(xiàn)型，這就表明過氧化氫酶只是在一些特定條件下才對(duì)動(dòng)物是必不可少的。一些人群體內(nèi)的過氧化氫酶水平非常低，但也不顯示出明顯的病理反應(yīng)。這很有可能是因?yàn)檎２溉閯?dòng)物細(xì)胞內(nèi)主要的過氧化氫清除劑是過氧化物還原酶（peroxiredoxin），而不是過氧化氫酶。過氧化氫酶通常定位于一種被稱為過氧化物酶體Chemicalbook的細(xì)胞器中。植物細(xì)胞中的過氧化物酶體參與了光呼吸（利用氧氣并生成二氧化碳）和共生性氮固定（將氮?dú)?N2）解離為活性氮原子）。但細(xì)胞被病原體感染時(shí)，過氧化氫可以被用作一種有效的抗微生物試劑。部分病原體，如結(jié)核桿菌、嗜肺軍團(tuán)菌和空腸彎曲菌，能夠生產(chǎn)過氧化氫酶以降解過氧化氫，使得它們能在宿主體內(nèi)存活。漂白作用要說明的是用酶可促進(jìn)漂白的進(jìn)行，羊毛在含有蛋白酶BactosolST的過氧化氫漂液中漂白，可顯著提高羊毛的白度和親水性。這是由于酶促進(jìn)羊毛纖維初始受到快速的浸蝕，致使羊毛漂白較易進(jìn)行。從此原理出發(fā)，將蛋白酶對(duì)羊毛先預(yù)處理，使纖維表面裸露，再進(jìn)行漂白，顯然效果更好，且纖維損傷也易控制。

毒性

FAO/WHO2001年規(guī)定由牛肝制得者，ADI不作限制性規(guī)定；溶纖維蛋白小球菌和黑曲霉制得者，AChemicalbookDI延期決定；由青霉制得者未作規(guī)定；由李氏木霉(Trichodermareesei)制得者不作特殊規(guī)定。

化學(xué)性質(zhì)

近乎白色至淺棕黃色的無(wú)定形粉末或液體。分子量約24萬(wàn)。溶于水，水溶液一般呈淺棕黃色至棕色，幾乎不溶于乙醇、氯仿和乙醚。最適pH值7.0，在稀酸中作用受阻。最適溫度0～10℃，溫度過高或過氧化氫濃度過大均能破壞其活性。1分子的過氧化氫酶在1min內(nèi)約可使500萬(wàn)個(gè)過氧化氫分子破壞。主要作用原理為：由肝臟所得者的最適pH值為7.0左右，在5.3～8.0之間活性都很高，5.0以下則很快下降。由黑曲菌所得者pH值在2～7之間均很活躍，而由小球菌制得者的最適pH值為7～9。天然品存在于好氣性微生物、哺乳動(dòng)物的紅血球、肝臟(極豐富)等中。

用途

酶制劑。主要用于干酪、牛奶和蛋制品等的生產(chǎn)，以消除由紫外線照射時(shí)產(chǎn)生過氧化氫而造成的特異臭味；亦可用作面包制造時(shí)的疏松劑。在牛奶中的最高用量為20mg/kg。

用途

常用診斷用酶。配合偶聯(lián)反應(yīng)，測(cè)定葡萄糖等。食物防腐、分解過氧化氫。生化試劑。

用途

用于生化研究、食物防腐，牛奶的殺菌脫糖等。臨床上常用作診斷酶，測(cè)定葡萄糖含量。

用途

一種氧化還原酶，可將過氧化氫氧化為氧，與此同時(shí)將另一分子過氧化氫還原為水。作為天然抗氧化劑，可用于研究活性氧物質(zhì)對(duì)基因表達(dá)和凋亡的作用。它還被用于保護(hù)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸免受氧化損傷。