Karbon anhydrase

Enzym hos bakterier, sopp, planter, dyr og mennesker som katalyserer overgangen mellom de forskjellige formene av uorganisk karbon: karbondioksid (CO2), hydrogenkarbonat (HCO3-, bikarbonat) og karbonsyre (H2CO3). Eznymet inneholder zink (Zn2+) som prostetisk gruppe i det aktive sete. Enzymet er meget effektivt (opptil 106 reaksjoner per sekund) og har en viktig funksjon i fotosyntese og respirasjon, samt det deltar i syre-base likevekt og pH-regulering i cellene.

Karbon anhydrase katalyserer likevektene:

CO2 + H2O ⇔ H+ + HCO3- ⇔ H2CO3

Karbon anhydrase finnes i formene alfa (\(\alpha-\)) som en monomer med 1 Zn2+, beta (\(\beta-\)) er en dimer med 4 Zn2+, samt gamma- (\(\gamma-\)) som er en trimer med 3 Zn2+. Enzymet finnes også som tetramer, heksamer og oktamer. Det er funnet en zeta-form (\(\zeta-\))hos diatomeer hvor zink er erstattet med kadmium. Monomeren finnes hos dyr. Dimeren er vanligst host planter, mens gamma-formen finnes hos metanogene bakterier. Den prostetiske gruppen zink er bundet til 3 histidinmolekyler med imidazolring, og den fjerde histidin er bundet til vann og lager en polaritet med et mer positivt oksygen og en mer elektronrik hydroksylgruppe og lager en svakhet i bindingen innen vannmolekylet. CO2 kommer derved i kontakt med den elektronrike hydroksylgruppen.

Fotosyntese og CO2

Enzymet rubisko i kloroplastene i planter sørger for CO2-assimilasjon, og danner en bro mellom ikke-liv og liv. CO2 i luften diffunderer gjennom spalteåpningene i bladene og løser seg i vannfasen i de sure celleveggene. Diffusjon over korte avstander skjer meget raskt, jfr. Ficks andre diffusjonslov, og CO2  er et uladet molekyl løst i vannfasen og kan passere lett gjennom plasmamembranen inn i cytoplasma, samt det kan bevege seg gjennom plasmodesmata. Det er en pH-avhengig likevekt mellom de tre formene av uorganisk karbon, men enzymet karbon anhydrase sørger for at denne likevekten innstiller seg meget raskt. I cytoplasma finnes mye av det uorganiske karbonet som hydrogenkarbonat (HCO3-), en form som forblir inne i cellen. Det CO2-assimilerende enzymet fosfoenolpyruvat karboksyase hos C4-planter og CAM-planter bruker hydrogenkarbonat, men rubisko har CO2 som substrat. Hos fotosyntetiske bakterier er karbon anhydrase lokalisert til karboksysomer.

Koraller inneholder karbon anhydrase som lager hydrogenkarbonat som kan reagere med kalsium (Ca2+) i vannet og danne kalsiumkarbonat som en del av korallskjelettet.

Karbon anhydrase og lungerespirasjon hos dyr og mennesker

Oksygen (O2) er nødvendig for nedbrytning av organisk karbon i cellene. Metabolisme og respirasjon av karbohydrater i glykolyse, sitronsyresyklus i mitokondriene og oksidativ pentosefosfatvei, fermentering, nedbrytning av fett via beta-oksidasjon og omsetning av aminosyrer fra proteiner. Hos dyr og mennesker blir oksygen bundet til proteinet hemoglobin i de røde blodcellene fraktet fram til cellene. Karbondioksid (CO2) er et biprodukt fra oksidasjonen fraktes ut av cellene via blodet. Noe er løst i blodplasma, noe fraktes via hemoglobin og det meste blir omsatt til hydrogenkarbonat og karbonsyre katalysert av karbon anhydrase. Karbon anhydrase finnes som mange forrskjellige isoenzymer avhengig av vevstype. Karbon anhydrase nøytraliserer spytt, og drikker man kullsyreholdeige drikker deltar enzymet i smaksbildet. Enzymet gjør pankreas basisk.

Tilbake til hovedside

 

Publisert 18. okt. 2017 11:10 - Sist endret 7. juni 2019 11:37