过氧化物酶是过氧化物酶体的标志酶,是其一类
氧化还原酶,它们能催化很多反应。过氧化物酶是以
过氧化氢为
电子受体催化
底物氧化的酶。主要存在于载体的
过氧化物酶体中,以铁卟啉为辅基,可催化过氧化氢,氧化酚类和胺类化合物和烃类氧化产物,具有消除过氧化氢和酚类、胺类、醛类、苯类毒性的双重作用。
简介
过氧化物酶是
氧化还原酶的一种。分布在乳汁、白细胞、血小板等体液或细胞中,该酶的辅基亦为血红素,以H2O2为电子受体催化底物氧化的酶,它催化H2O2直接氧化酚类或胺类化合物,如
谷胱甘肽过氧化物酶、
嗜酸性粒细胞过氧化物酶和
甲状腺过氧化物酶等,具有消除过氧化氢和酚类胺类毒性的双重作用,反应如下:R+H2O2RO+H2O或RH2+H2O2一R+2H2O。
临床诊断中观察粪便中有无隐血,就是利用红细胞中含有过氧化物酶的活性,将联苯胺氧化成蓝色化合物。
化学信息
酶体
过氧化物酶体是由一层
单位膜包裹的囊泡,直径约为0.5~1.0μm,通常比线粒体小。普遍存在于
真核生物的各类细胞中,在肝细胞和肾细胞中数量特别多。过氧化物酶体的
标志酶是
过氧化氢酶,它的作用主要是将
过氧化氢水解。过氧化氢(H2O2)是氧化酶催化的
氧化还原反应中产生的细胞毒性物质,氧化酶和过氧化氢酶都存在于过氧化物酶体中,从而对细胞起保护作用。
植物体中含有大量过氧化物酶体,是活性较高的一种酶。它与
呼吸作用、光合作用及生长素的氧化等都有关系。在植物生长发育过程中它的活性不断发生变化。一般老化组织中活性较高,幼嫩组织中活性较弱。这是因为过氧化物酶能使组织中所含的某些
碳水化合物转化成木质素,增加木质化程度,而且发现早衰减产的水稻根系中过氧化物酶的活性增加,所以过氧化物酶可作为组织老化的一种生理指标。此外,过氧化物同工酶在遗传育种中的重要作用也正在受到重视。
化学反应
催化从底物移去电子,并转给过氧化氢反应。
即:
供体+H2O2→氧化的供体+2H2O,是一种
血红素蛋白(hemoprotein)。
应用
如
过氧化氢酶便是过氧化物酶的一种。过氧化氢酶可与
葡萄糖氧化酶配合使用,脱除蛋清中的葡萄糖,代替了传统的自然
发酵的方法,从而提高产品质量,缩短生产周期。
现代医学上认为机体衰老与氧化有关,例如染色体、酶等的氧化。所以,一些有
还原性功能的物质可以在某种程度上抗衰老,如
过氧化物酶体,
维生素C、E也有抗衰老作用。
酶体的首次发现
由J. Rhodin(1954)首次在鼠
肾小管上皮细胞中发现。是一种具有异质性的细胞器,在不同生物及不同
发育阶段有所不同。直径约0.2~1.5um,通常为0.5um,呈圆形,椭圆形或哑呤形不等,由单层膜围绕而成(图6-31)。共同特点是内含一至多种依赖黄素(flavin)的氧化酶和
过氧化氢酶(
标志酶),已发现40多种氧化酶,如L-
氨基酸氧化酶,D-氨基酸氧化酶等等,其中
尿酸氧化酶(urate oxidase)的含量极高,以至于在有些种类形成酶结晶构成的核心。
形态结构
过氧化物酶体(peroxisome)又称
微体(microbody), 过氧化物酶体在1954年被发现时,由于不知道这种颗粒的功能,将它称为微体(microbody)。
过氧化物酶体与溶酶体不同,过氧化物酶体不是来自
内质网和高尔基体,因此它不属于
内膜系统的
膜结合细胞器。过氧化物酶体普遍存在于真核生物的各类细胞中,但在肝细胞和肾细胞中数量特别多。过氧化物酶体含有丰富的酶类,主要是
氧化酶,
过氧化氢酶和过氧化物酶。氧化酶可作用于不同的
底物,其共同特征是氧化底物的同时,将氧还原成
过氧化氢。过氧化物酶体的标志酶是过氧化氢酶,它的作用主要是将过氧化氢(H2O2,Hydrogen Peroxide)水解。氧化酶与过氧化氢酶都存在于过氧化物酶体中,从而对细胞起保护作用。
功能反应
(1)使毒性物质失活
这种作用是
过氧化氢酶利用过氧化氢氧化各种
底物, 如酚、
甲酸、甲醛和乙醇等,氧化的结果使这些有毒性的物质变成无毒性的物质,能有效分解甲醛、甲苯。同时也使H2O2进一步转变成无毒的H2O。这种解毒作用对于肝、肾特别重要, 例如人们饮入的乙醇几乎有一半是以这种方式被氧化成乙醛的,从而解除了乙醇对细胞的
毒性作用。
(2)对氧浓度的调节作用
过氧化物酶体与
线粒体对氧的敏感性是不一样的,线粒体氧化所需的最佳氧浓度为2%左右,增加氧浓度,并不提高线粒体的氧化能力。过氧化物酶体的
氧化率是随氧张力增强而成正比地提高。因此,在低浓度氧的条件下,线粒体利用氧的能力比
过氧化物酶体强,但在高浓度氧的情况下,过氧化物酶体的氧化反应占主导地位,这种特性使过氧化物酶体具有使细胞免受高浓度氧的毒性作用。
(3)脂肪酸的氧化
动物组织中大约有25~50%的脂肪酸是在过氧化物酶体中氧化的,其他则是在
线粒体中氧化的。另外,由于过氧化物酶体中有与磷脂合成相关的酶,所以过氧化物酶体也参与脂的合成。
(4)含氮物质的代谢
在大多数
动物细胞中,
尿酸氧化酶(urate oxidase)对于尿酸的氧化是必需的。尿酸是核苷酸和某些
蛋白质降解代谢的产物,尿酸氧化酶可将这种代谢废物进一步氧化去除。另外,
过氧化物酶体还参与其他的氮代谢,如转氨酶(aminotransferase)催化氨基的转移。
过氧化物酶体的反应:
RH2+O2→R+H2O2
过氧化氢酶又可以利用过氧化氢,将其它底物(如醛、醇、酚)氧化。
R′H2+H2O2→R′+2H2O
此外当细胞中的H2O2过剩时,过氧化氢酶亦可催化以下反应:
2H2O2 → 2H2O + O2
中酶
动物
在动物中
过氧化物酶体参与
脂肪酸的β氧化(另一细胞器是线粒体),大鼠肝细胞过氧化物酶体在服用降脂灵后,酶浓度升高10倍。此外过氧化物酶体还具有解毒作用,因为
过氧化氢酶能利用H2O2将酚、甲醛、甲酸和醇等有害物质氧化,饮入的酒精1/4是在过氧化物酶体中氧化为乙醛。
植物
①参与
光呼吸作用,将光合作用的副产物
乙醇酸氧化为乙醛酸和
过氧化氢。
②在萌发的种子中,进行脂肪的β-氧化,产生
乙酰辅酶A,经
乙醛酸循环,由
异柠檬酸裂解为乙醛酸和琥珀酸,加入三羧酸循环,因涉及乙醛酸循环,又称
乙醛酸循环体(glyoxysome)。
进化角度
从
系统发生的角度来看,
过氧化物酶体可能是一种古老的
细胞器,在光合生物出现后,大气中的氧含量逐渐提高,而细胞内的氧对早期的生物具有毒害作用,过氧化物酶体的功能就是消除细胞内的氧,并产生细胞所需要的某些
代谢物。虽然在过氧化物酶体中
黄素蛋白、
氧化酶和
过氧化氢酶之间可以形成一个简单的呼吸链,但不起
能量转换的作用。后来线粒体产生后就取代了过氧化物酶体的这种功能,并且其
电子传递与ATP合成相偶联。
从
个体发生的角度来看,过氧化物酶体来源于已存在过氧化物酶体的分裂。过氧化物酶体中所有的酶都由
核基因编码,在
细胞质基质中合成,在
信号肽的引导下,进入过氧化物酶体,引导蛋白质进入过氧化物酶体的
信号序列是-Ser-Lys-Leu-COO-。但对于
过氧化物酶体膜上与蛋白输入有关的受体和
转位因子了解甚少,至少和23种被称为peroxin的蛋白有关,其机理显著不同于线粒体和
叶绿体的蛋白转运,如受体Pex5(一种peroxin)是伴随着货物进入过氧化物酶体的,然后再返回细胞质。