Molecola del Mese di David S. Goodsell Trad. di Mauro Tonellato

Catalasi

Indice 2004

Catalasi
Vivere con l'ossigeno è pericoloso. Noi lo utilizziamo per produrre energia nelle nostre cellule, ma l'ossigeno è una molecola molto reattiva che può provocare problemi seri se non viene tenuta strettamente sotto controllo. Uno dei pericoli maggiori nasce dal fatto che l'ossigeno può essere convertito facilmente in altri composti molto reattivi. Nelle nostre cellule gli elettroni vengono continuamente trasportati da un luogo all'altro da molecole trasportatrici di elettroni, come i citocromi, il coenzima Q o il FAD e il NAD che contengono rispettivamente riboflavina e niacina (vitamina B2 e B3). Se l'ossigeno incontra uno di questi trasportatori, può catturare accidentalmente un elettrone. Questo converte l'ossigeno in composti pericolosi come i radicali superossido e l'acqua ossigenata che attaccano e ossidano i delicati atomi di zolfo e gli ioni dei metalli nelle proteine. A peggiorare la situazione, gli ioni ferro liberi nella cellula talvolta convertono l'acqua ossigenata in radicali idrossido. Questi sono ancora più pericolosi e attaccano e mutano il DNA. Una teoria, ancora controversa, dice che questo tipo di danno ossidativo si accumula negli anni durante la nostra vita, causando l'invecchiamento.

Antiossidanti alla Riscossa
Fortunatamente, le cellule sintetizzano una varietà di enzimi antiossidanti per contrastare gli effetti collaterali pericolosi della vita con l'ossigeno. I due più importanti sono la superossido dismutasi (Molecola del Mese di ottobre 2007) che converte i radicali superossido in acqua ossigenata e ossigeno molecolare e la catalasi che converte l'acqua ossigenata in acqua e ossigeno molecolare. L'importanza di questi enzimi è dimostrata dalla loro abbondanza, che varia da circa lo 0.1% delle proteine in una cellula di Escherichia coli ad un quarto delle proteine nei tipi di cellule più sensibili. Questa moltitudine di molecole di catalasi pattuglia la cellula, aggredisce le molecole di acqua ossigenata che vengono continuamente prodotte e le mantiene ad un livello di sicurezza.

Migliore, più Stabile, più Veloce
Le catalasi sono tra gli enzimi più veloci che si conoscono. Ogni molecola di catalasi può decomporre milioni di molecole di acqua ossigenata al secondo. La catalasi bovina mostrata qui (archivio PDB 8cat) e la nostra catalasi usano uno ione ferro per realizzare la loro reazione. L'enzima è composto di quattro subunità identiche, ognuna col suo proprio sito attivo nascosto in profondità. Lo ione ferro, mostrato in verde è legato al centro di un gruppo eme a forma di disco. Siccome le catalasi devono distruggere molecole molto reattive, sono anche enzimi insolitamente stabili. Notate che le quattro catene sono intrecciate e bloccano così l'intero complesso nella forma corretta.

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