過氧化氫酶(CAT)，顧名思義是可以催化過氧化氫分解成氧和水的酶。然鵝，你要是認為它只能催化過氧化氫分解那就大錯特錯了，人家還有特異功能呢。聽我給大家詳細說說這種神奇的酶。
首先，作為一種物質(zhì)，過氧化氫酶是在1811年被過氧化氫(H2O2)的發(fā)現(xiàn)者泰納爾(Louis Jacques Thénard)首次發(fā)現(xiàn)。1900年，Oscar Loew將這種能夠降解過氧化氫的酶命名為"catalase"，即過氧化氫酶，并發(fā)現(xiàn)這種酶存在于許多植物和動物中。1937年，詹姆斯·B·薩姆納將來自牛肝中的過氧化氫酶結(jié)晶，并在次年獲得了該酶的分子量。1969年，牛的過氧化氫酶的氨基酸序列得以解出。而后，1981年，其三維結(jié)構(gòu)得以解析。
幾乎所有的生物機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)、動物的肝和紅細胞中，其酶促活性為機體提供了抗氧化防御機理。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，就是因為肝中的CAT含量水平高。
CAT存在于細胞的過氧化物酶體內(nèi)。過氧化氫酶是過氧化物酶體的標志酶, 約占過氧化物酶體酶總量的40%。過氧化氫酶存在于所有已知的動物的各個組織中，特別在肝臟中以高濃度存在。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:一些面部護理中加入了該酶和過氧化氫，目的是增加表皮上層的細胞氧量。過氧化氫酶在實驗室中還常常被用作了解酶對反應速率影響的工具。
反應機制
CAT作用于過氧化氫的機理實質(zhì)上是H2O2的歧化，必須有兩個H2O2先后與CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能發(fā)生反應。H2O2濃度越高，分解速度越快。雖然過氧化氫酶完整的催化機制還沒有完全被了解，但其催化過程被認為分為兩步:
H2O2 + Fe(III)-E → H2O + O=Fe(IV)-E(.+)
H2O2 + O=Fe(IV)-E(.+) → H2O + Fe(III)-E + O2
其中，"Fe()-E"表示結(jié)合在酶上的血紅素基團(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，而是從血紅素上接受了一些"支持電子"。因而，反應式中的血紅素也就表示為自由基陽離子(.+).
過氧化氫進入活性位點并與酶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與第二個過氧化氫分子反應重新形成Fe(III)-E，并生成水分子和氧氣。活性中心鐵原子的反應活性可能由于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。反應的效率可能是通過His74和Asn147與反應中間體作用而得以提高。該反應的速率通?？梢酝ㄟ^米氏方程來確定。
接下來，劃重點：
過氧化氫酶也能夠氧化其他一些細胞毒性物質(zhì)，如甲醇、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來完成:
H2O2 + AH2 → 2H2O + A
同樣，具體的反應機制還不清楚。
沒錯，這就是CAT的特異功能，它也具有過氧化物酶活性，不僅可以催化過氧化氫反應，還可以順帶氧化其他的小分子有毒物質(zhì)，而且必須在過氧化氫在場的情況下。
根據(jù)這個特性，在生化檢測中有的公司已經(jīng)開發(fā)出了利用CAT過氧化物酶活性的檢測試劑盒。比如Cayman公司的貨號為 700910的Catalase Assay Kit (without Hydrogen Peroxide)該試劑盒的原理是甲醇和過氧化氫在CAT的催化下反應生成甲醛和水，然后用能與甲醛反應顯色的物質(zhì)來測定生成的甲醛，測定CAT的活性。這樣就完美避開了利用CAT的過氧化氫酶活性來測定CAT需要準確測定過氧化氫濃度的難題。由于過氧化氫不是非常穩(wěn)定，使用前需自行測定過氧化氫的實際濃度，需要測定240 nm的吸光度，比較麻煩。
咋樣，這位小兄弟也是骨骼清奇吧？不僅能分解過氧化氫還能順便干掉其他的小壞蛋。不過它也有宿敵，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爭性抑制劑。另外，劇毒性的氰化物是過氧化氫酶的競爭性抑制劑，可以緊密地結(jié)合到酶中的血紅素上，阻止酶的催化反應。由于CAT催化機制還沒有完全被了解，還有許多未解之謎等待大家去發(fā)現(xiàn)。