Peroksidaza je jedan od brojnih enzima koji djeluju kao katalizatori koji omogućuju odvijanje raznih bioloških procesa. Točnije, oni potiču oksidaciju različitih spojeva koristeći prirodne perokside, posebno vodikov peroksid (H2O2), koji se reduciraju, tvoreći vodu. Peroksidi nastaju kao nusprodukti raznih biokemijskih reakcija unutar organizama, ali mogu uzrokovati štetu jer su oksidacijski agensi. Peroksidaze razgrađuju ove spojeve na bezopasne tvari dodavanjem vodika, dobivenog iz druge molekule – poznate kao molekula donora – u reakciji redukcije-oksidacije (redox) u kojoj se peroksid reducira u vodu, a druga molekula se oksidira. Postoji veliki broj ovih enzima, a nalaze se u biljkama i životinjama, uključujući i ljude.
Struktura i svojstva
Kao i svi enzimi, peroksidaze su vrlo velike, složene molekule kompliciranih oblika koji uključuju višestruke nabore. Dolaze u raznim vrstama, od kojih neke mogu koristiti široku paletu donatorskih molekula i smanjiti širok raspon peroksida, a neke su mnogo specifičnije. Enzimi imaju “aktivno mjesto”, što je dio molekule na kojem se odvija reakcija. To može biti u lako dostupnom dijelu molekule, ili može biti uvučeno u nabor, gdje ga može doseći samo molekula točno ispravnog oblika. Peroksidaza hrena (HRP) primjer je enzima koji može koristiti široku paletu donatorskih molekula i peroksida.
Uloga u biološkim sustavima
Brojne peroksidaze nalaze se u biljkama, gdje mogu pomoći u smanjenju štete uzrokovane čimbenicima stresa ili štetočinama. Kada su biljke podvrgnute stresu – kao što su suša ili visoke temperature – ili napadima štetnika, to ima tendenciju da rezultira oslobađanjem reaktivnih kisikovih vrsta (ROS). To su oblici kisika, odnosno spojevi ovog elementa, uključujući vodikov peroksid, u kojem je kisik vrlo reaktivan i može oštetiti ili ubiti stanice. Smatra se da peroksidaze uklanjaju ROS, pomažući u sprječavanju oštećenja.
Kod ljudi i drugih sisavaca grupa ovih enzima nazvanih glutationi, koji sadrže element selen, nalazi se unutar i izvan stanica. Neki od njih kataliziraju reakcije koje uključuju H2O2, dok drugi koriste peroksidne spojeve lipida (masti i ulja). Čini se da je njihova glavna uloga uklanjanje ovih potencijalno štetnih oksidacijskih sredstava. Peroksidaze u slini također omogućuju redoks reakcije između H2O2 i kemikalija zvanih tiocijanati, proizvodeći spojeve koji mogu ubiti potencijalno štetne mikroorganizme. Peroksidaza štitnjače oslobađa jod iz hranjivih tvari za stvaranje esencijalnih hormona štitnjače.
Jedna neuobičajena upotreba ovih enzima događa se u skupini insekata poznatih kao kornjaši bombarderi. Imaju komoru koja sadrži smjesu vodikovog peroksida i kemikalija zvanih hidrokinoni. Kada su u opasnosti, miješaju ih s peroksidazama, koje kataliziraju redoks reakciju u kojoj se oslobađa puno topline, a rezultirajuća tekućina eksplozivno se izbacuje na 212°F (100°C). To je vrlo učinkovit način odvraćanja predatora.
Koristi
Proučavanje biljnih peroksidaza, kao što je HRP dobiven iz korijena hrena, unaprijedilo je polja molekularne biologije i imunohistokemije, također poznate kao histokemija. U prvom slučaju, HRP se koristi za otkrivanje antitijela na peroksidazu koja mogu ukazivati na autoimuno stanje koje uzrokuje probleme sa štitnjačom. Također se koristi za mjerenje razine glukoze u serumu ili urinu. Kao dijagnostički alat u patologiji, HRP ima sposobnost ciljanja i vezanja određenih biomarkera koji se nalaze u kancerogenim stanicama i proizvesti reakciju mrlja kada se unese u uzorke biopsije. Osim što je lako dostupan i jeftin za dobivanje, HRP se smatra posebno korisnim za takve testove jer je vrlo stabilan i otvoren za reakciju s raznim donorskim molekulama.
Povijest
Istraživanje prirode ovih enzima potaknulo je pokusima razgradnje vodikovog peroksida od strane francuskog baruna i kemičara Louisa Jacquesa Thénarda sredinom 19. stoljeća. Nakon što je prvi proizveo spoj u laboratoriju, kasnije je otkrio da ga mnogi životinjski i biljni materijali mogu pretvoriti u vodu i kisik, te da isti uzorak materijala to može učiniti mnogo puta. Ovo je bilo zanimljivo, kao da je to bila jednostavna kemijska reakcija između peroksida i nečega u organskom materijalu, trebala bi prestati nakon što se aktivna tvar potroši. To je dovelo do otkrića katalizatora – tvari koje omogućuju kemijsku reakciju bez stvarnog sudjelovanja u njoj – i, posebno, peroksidaza.