Καρβονική ανυδράση

εξ 1. ΚΑ=καρβονική ανυδράση

Ανήκει σε μια οικογένεια ψευδαργυροεξαρτώμενων ενζύμων που καταλύουν την ταχεία μετατροπή του CO2 και  νερού σε  διττανθρακικά και πρωτόνια και αντίθετα (à489). Η αντίδραση αυτή  είναι μάλλον αργή, χωρίς την κατάλυση της καρβονικής ανυδράσης[i].  Μια από τις κύριες ιδιότητες του μεταλλοενζύμου αυτού είναι η μετατροπή CO2 σε διττανθρακικά, και αντίστροφα, προς διατήρηση της οξεοβασικής ισορροπίας στο αίμα και άλλους ιστούς, ενώ βοηθάει τη μεταφορά του CO2 στον εξωκυττάριο χώρο.  Ο ρυθμός καταλύσεως είναι ένας από τους ταχύτερους μεταξύ όλων των ενζυμικών καταλύσεων και περιορίζεται μόνο από το ρυθμό διαχύσεως των υποστρωμάτων τους. Έτσι η αντίδραση επιταχύνεται κατά 13000 φορές. Τυπικά ο ρυθμός καταλύσεως κυμαίνεται μεταξύ των 104 και 106  μόρια ανά sec. Η αντίστροφη αντίδραση είναι, επίσης, σχετικά βραδεία, λόγος για τον οποίο δεν αποαερώνονται αμέσως μετά το άνοιγμά τους τα αεριούχα ποτά. Εν τούτοις, αποαερώνονται αμέσως στη στοματική κοιλότητα, μόλις έρθουν σε επαφή με την καρβοανυδράση της σιέλου[ii].  

Γενικά, ως ανυδράση αναφέρεται ένα  ένζυμο που καταλύει την απόσπαση μορίου νερού από μια ένωση και, έτσι, είναι η ”αντίστροφη” αντίδραση που δίνει στην καρβονική ανυδράση το όνομά της.

 

HCO3̄ + Η+ ⇔Η2CΟ3 ⇔ CΟ22Ο     {1}

 

Μηχανισμός: μια ψευδαργυρούχος ομάδα προσθέσεως στο ένζυμο συνδέεται σε τρία σημεία με τις πλάγιες αλυσίδες της ιστιδίνης. Η 4η θέση συνδέσεως καταλαμβάνεται από ένα μόριο νερού. Αυτό προκαλεί πόλωση του δεσμού Ο2-Η κάνοντας το Ο2 ελαφρά περισσότερο αρνητικό και επομένως εξασθενώντας το δεσμό του. Ένα μόριο ιστιδίνης τοποθετείται παρά το υπόστρωμα του νερού και δέχεται ένα πρωτόνιο και, έτσι, αφήνεται ένα υδροξείδιο να ενωθεί με τον ψευδάργυρο. Το CO2 δεσμεύεται σε θέση πλησίον του υδροξειδίου κι έτσι, επιτρέπεται στο πλούσιο σε ηλεκτρόνια υδροξείδιο να μετατρέψει το CO2 σε διττανθρακικό ιόν.

Υπάρχουν τουλάχιστον 5 οικογένειες καρβονικής ανυδράσης(: α, β, γ, δ και ε), χωρίς σημαντική ομοιότητα της αλληλουχίας των αμινοξέων τους. Η ομάδα –α ανιχνεύεται στα ανθρώπινα όντα. Δεν έχει διευκρινισθεί ποια (ες) οικογένεια (ες) παράγεται (ονται) στα ενδοθηλιακά κύτταρα (à0).

 

[i] Badger MR, Price GD (1994). "The role of carbonic anhydrase in photosynthesis". Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Bio. 45: 369–392

[ii] hatcher BJ, Doherty AE, Orvisky E, Martin BM, Henkin RI (September 1998). "Gustin from human parotid saliva is carbonic anhydrase VI". Biochem. Biophys. Res. Commun. 250 (3): 635–41.