Uhličitá anhydráza (karbonátová dehydratáza) je skupina metaloenzymů (enzymů, které obsahují jeden nebo více atomů kovu jako funkční složku enzymu), které katalyzují rychlou přeměnu oxidu uhličitého na hydrogenuhličitany a protony, což je reakce, ke které dochází za nepřítomnosti katalyzátoru poměrně pomalu. Uhličitá anhydráza výrazně zvyšuje rychlost reakce, přičemž typické katalytické rychlosti různých forem tohoto enzymu se pohybují mezi 104 a 106 reakcemi za sekundu. Aktivní místo většiny uhličitanových anhydráz obsahuje iont zinku.
Struktura a funkce SZ
V přírodě se vyskytuje několik forem karboanhydrázy. V nejlépe studované formě α-karboanhydrázy přítomné u zvířat je tento zinkový iont koordinován imidazolovými kruhy 3 histidinových zbytků His94, His96 a His119. Primární funkcí enzymu u zvířat je mezipřeměna oxidu uhličitého a hydrogenuhličitanu k udržení acidobazické rovnováhy v krvi a dalších tkáních a k pomoci transportu oxidu uhličitého z tkání. Rostliny obsahují jinou formu nazývanou β-karboanhydráza, která je evolučně odlišným enzymem, ale účastní se stejné reakce a také využívá iont zinku ve svém aktivním místě. V rostlinách pomáhá karboanhydráza zvýšit koncentraci CO2 v chloroplastu a zvýšit tak rychlost karboxylace enzymu Rubisco. To je reakce, která integruje CO2 do organických uhlíkatých cukrů během fotosyntézy a může použít pouze formu CO2 uhlíku, nikoliv kyselinu uhličitou ani hydrogenuhličitan.
Reakce katalyzovaná karboanhydrázou:
Rychlost reakce karboanhydrázy je jedna z nejrychlejších enzymů a její rychlost je obvykle omezena rychlostí difúze jejích substrátů.
Reverzní reakce je rychlá a nevyžaduje katalyzátor.
Detailní vykreslení aktivního místa lidské karboanhydrázy II, ukazující tři zbytky histidinu (v růžové barvě) a hydroxidovou skupinu (červená a bílá) koordinující iont zinku (fialová). Z PDB 1CA2.
Zinková protetická skupina v enzymu je koordinována ve třech polohách histidinovými postranními řetězci. Čtvrtá koordinační poloha je obsazena vodou. To způsobuje polarizaci vazby vodík-kyslík, čímž se kyslík stává mírně negativnější, čímž se oslabuje.
Čtvrtý histidin se umístí blízko k vodnímu substrátu a přijme proton, v příkladu obecné acidobazické katalýzy. Na zinek se tak naváže hydroxid.
Aktivní místo také obsahuje kapsu pro specifické vlastnosti oxidu uhličitého, čímž se přibližuje hydroxidové skupině. To umožňuje hydroxidu bohatému na elektrony útočit na oxid uhličitý a vytvářet hydrogenuhličitan.
Stužkový diagram lidské karboanhydrázy II. Aktivní místo iontu zinku viditelného ve středu. Z PDB 1CA2.
Existuje nejméně pět různých rodin CA (α, β, γ, δ a ε). Tyto rodiny nemají žádnou významnou podobnost sekvencí aminokyselin a ve většině případů jsou považovány za příklad konvergentní evoluce.
Enzymy CA nalezené u savců jsou rozděleny do čtyř širokých podskupin:
Většina prokaryotických a rostlinných chloroplastových CA patří do rodiny beta.
Pro tuto rodinu byly identifikovány dva podpisové vzory:
Gama třída CA pochází z bakterií produkujících metan, které rostou v horkých pramenech.
Třída delta CA byla popsána v diatomech. Rozlišení této třídy CA však nedávno přišlo na přetřes.
Epsilonová třída CA se vyskytuje výhradně u bakterií v několika chemolithotrofech a mořských sinicích, které obsahují cso-karboxysomy. Nedávné 3-dimenzionální analýzy naznačují, že ε-CA má určitou strukturální podobnost s β-CA, zejména v blízkosti místa iontů kovu. Obě formy tedy mohou být vzdáleně příbuzné, i když základní sekvence aminokyselin se od té doby značně lišila.
Farmakologické látky ovlivňující CA
Karboanhydráza – fumaráza – akonitáza – enzaláza (alfa) – enoyl-CoA hydratáza/3-hydroxyacyl ACP dehydráza – methyllutakonyl-CoA hydratáza – tryptofan syntáza – cystathionin beta syntáza – porfobilinogen syntáza – 3-isopropylmalát dehydratáza – urokanová hydratáza – uroporfyrinogen III syntáza – nitrilohydrátáza