Kulsyreanhydrase
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
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
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 deprotoniseres 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
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
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]
| 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
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
Gamma-klassen af CA'ere kommer fra methan-producerende bakterier, der vokser i varme kilder.
δ-CA redigér
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
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
- PDB Molecule of the Month pdb49_1 Arkiveret 11. oktober 2008 hos Wayback Machine
Referencer redigér
- ^ 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.
- ^ Breton S (2001). "The cellular physiology of carbonic anhydrases". JOP. 2 (4 Suppl): 159-64. PMID 11875253. Arkiveret fra originalen 27. september 2008. Hentet 5. september 2008.
- ^ 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.
{{cite journal}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link) - ^ a b c d Med mindre andet er specificeret: Walter F., PhD. Boron (2005). Medical Physiology: A Cellular And Molecular Approaoch. Elsevier/Saunders. ISBN 1-4160-2328-3. Page 638
- ^ a b 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.
{{cite journal}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link) - ^ 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.
{{cite journal}}: CS1-vedligeholdelse: Flere navne: authors list (link)