Karboanhidraza je protein koji pomaže u regulaciji acido-bazne ravnoteže i pH u krvi i drugim životinjskim tkivima. Prvenstveno je poznat po svojoj ulozi u transformaciji ugljičnog dioksida u bikarbonat koji se transportira u pluća. Ovaj protein je prisutan u većini organizama, od bakterija do biljaka. Također je od farmaceutskog interesa, s nekoliko lijekova koji su inhibitori njegove aktivnosti.
Ugljični dioksid (CO2) nastaje aerobnim disanjem i razgradnjom masti. Iz tijela se uklanja izdisajem iz pluća. Ugljični dioksid koji se proizvodi u cijelom tijelu mora se transportirati kroz krv kako bi stigao do pluća. Prenosi se u nekoliko oblika, prvenstveno kao bikarbonat, HCO3-. Bikarbonat je CO2- sa spojenom OH skupinom. Kada bikarbonat dođe do pluća, pretvara se natrag u ugljični dioksid, tako da se može izdahnuti iz tijela.
Karboanhidraza pretvara ugljični dioksid u bikarbonat u reverzibilnoj reakciji, prvenstveno u crvenim krvnim stanicama. Ova se reakcija može dogoditi spontano, ali je brzina prespora za potrebe tijela. Budući da je enzim, karboanhidraza dramatično ubrzava brzinu reakcije. To je jedan od najbržih poznatih enzima. Ova reakcija zarobljava bikarbonat u stanicama, budući da on ne može difundirati u i iz stanica poput ugljičnog dioksida.
Karboanhidraza ima molekulu cinka na svom aktivnom mjestu i dio je klase enzima poznatih kao metaloenzimi. To je dio razloga zašto je ljudima potreban cink u prehrani. Mehanizam karboanhidraze uključuje molekulu vode koja se veže na atom cinka. OH skupina se tada veže na ugljikov atom CO2, što rezultira bikarbonatnim ionom. Nakon toga slijedi oslobađanje H+, protona.
Postoji niz različitih karboanhidraza koje se nalaze u različitim organizmima. Postoji pet poznatih klasa za koje se čini da su se razvile neovisno. Jedna od klasa je alfa klasa koja se sastoji od najmanje 14 oblika ljudskih enzima. Njihova svojstva variraju ovisno o staničnom odjeljku ili tkivu u kojem se nalaze.
Mnogi oblici su izvanstanični ili vezani na membranu. To može pomoći u poboljšanju difuzije ugljičnog dioksida i protona unutar stanice. Karboanhidraza može poremetiti unutarstanične pH gradijente povećanjem kretanja protona. To može pomoći stanici da zadrži konstantan stanični pH. Višak unutarstaničnih protona može ometati mnoge stanične reakcije.
Uloga karboanhidraze varira u različitim tkivima. U želucu sudjeluje u izlučivanju želučane kiseline, dok slinu održava neutralnom. Također utječe na sadržaj vode u stanicama u očima i bubrezima. Ako su karboanhidraze na tim mjestima odsutne ili ne funkcioniraju ispravno, to može dovesti do bolesti. Na primjer, ako se previše tekućine nakupi u oku, to može dovesti do glaukoma.
Nekoliko inhibitora karboanhidraze se komercijalno koristi kao farmaceutski lijekovi, prvenstveno za kontrolu glaukoma. Najčešći inhibitor koji se koristi je acetazolamid. Također se koristi za liječenje epilepsije i visinske bolesti, zajedno s nekoliko drugih stanja.
U biljkama se ugljični dioksid iz zraka u prisutnosti sunčeve svjetlosti procesom fotosinteze pretvara u šećer. Višak ugljičnog dioksida pohranjuje se u biljci kao bikarbonat. Biljke koriste karboanhidrazu za pretvaranje bikarbonata natrag u ugljični dioksid, tako da se može koristiti u fotosintezi.