カタラーゼは、自然界に広く分布する：（H 2 O 2酸化還元酵素H2O2）酸化還元酵素です。それは、様々な組織および細胞型において、分子状酸素および水への過酸化水素の「分解」反応を触媒します。
このタイプの酵素の最初の観察は1810年代初頭にさかのぼりますが、ロウがカタラーゼが事実上すべての既存の生物および複数の異なる細胞タイプに存在することを認識したのは1901年でした。
酵素カタラーゼの分子構造（出典：Wikimedia CommonsのVossman）
この酵素は、細胞の完全性の維持と過酸化水素代謝の主な調節因子に不可欠であり、特定の基質に作用する酵素が自然界に存在することを確認するための基本的な要素でした。
哺乳類やその他の生物は、過酸化水素を使用してさまざまな基質の酸化還元反応を触媒する、ペルオキシダーゼとしても機能するカタラーゼ酵素を持っています。
ほとんどの真核生物では、カタラーゼ酵素は主に「ペルオキシソーム」として知られる細胞内オルガネラに見られ、人間にはこの酵素の欠乏に関連する多くの病理学的状態があります。
特徴
カタラーゼのような酵素の活性は、検討する組織の種類によってかなり異なります。例えば、哺乳動物では、カタラーゼ活性は腎臓と肝臓の両方で顕著であり、結合組織でははるかに低いです。
したがって、哺乳類のカタラーゼは、主に有意な好気性代謝を示すすべての組織に関連しています。
哺乳類はミトコンドリアとペルオキシソームの両方でカタラーゼを所有しており、両方のコンパートメントで、それらはオルガネラ膜に関連する酵素です。対照的に、赤血球では、カタラーゼ活性は可溶性酵素と関連しています（赤血球の内部細胞小器官はほとんどないことに注意してください）。
カタラーゼは、高い代謝回転数または触媒定数を持つ酵素であり（非常に高速で効率的です）、触媒する一般的な反応は次のとおりです。
2H2O2→2H2O + O2
たとえば、低濃度の過酸化水素が存在すると、哺乳類のカタラーゼはオキシダーゼのように動作し、代わりに分子状酸素（O2）を使用してインドールやβ-フェニルエチルアミンなどの分子を酸化します。それぞれ神経伝達物質。
カタラーゼ活性のいくつかの競合阻害剤、特にアジ化ナトリウムと3-アミノトリアゾールが現在知られています。アジドは、その陰イオンの形で、ヘム基を持つ他のタンパク質の強力な阻害剤であり、さまざまな条件下で微生物の増殖を排除または防止するために使用されます。
構造
ヒトでは、カタラーゼは12のイントロンと13のエクソンを持ち、526アミノ酸のタンパク質をコードする34 kbの遺伝子によってコードされています。
研究されたカタラーゼのほとんどは、分子量が240 kDa（各サブユニットで60 kDa）に近い四量体酵素であり、各モノマーは補綴ヘミンまたはフェロプロトポルフィリングループに関連付けられています。
その構造は、アルファヘリックスとベータ折りたたまれたシートによって形成される二次構造で構成される4つのドメインで構成されています。人間とウシの肝臓酵素で行われた研究では、これらのタンパク質が4つのNADPH分子に結合していることが示されています。
これらのNADPH分子は、カタラーゼの酵素活性（過酸化水素からの水と酸素の生成）に必須ではないようですが、この酵素の高濃度に対する感受性の低下に関連しているようです有毒な基質。
ヒトカタラーゼの各サブユニットのドメインは次のとおりです。
-4次構造の安定化のために機能する非球状の拡張N末端アーム
-ヘムグループに側方結合残基の一部を提供する、8つの逆平行β折りたたみシートのβバレル
-ヘムグループを含む外部ドメインを囲む「エンベロープ」ドメイン。最後に、
-アルファらせん構造のドメイン
これらの4つのドメインを持つ4つのサブユニットは、酵素が過酸化水素を認識するメカニズム（ヒスチジン、アスパラギン、グルタミン、アスパラギン酸などのアミノ酸を使用して、それ）。
特徴
一部の著者によると、カタラーゼは2つの酵素機能を果たします：
-過酸化水素の水と分子状酸素への分解（特定のペルオキシダーゼとして）。
-1モルの過酸化水素を（非特異的ペルオキシダーゼとして）使用して、メタノール、エタノール、多くのフェノール、ギ酸などのプロトンドナーを酸化します。
-赤血球では、大量のカタラーゼが過酸化水素、アスコルビン酸、メチルヒドラジンなどの酸化剤に対するヘモグロビンの保護に重要な役割を果たすようです。
これらの細胞に存在する酵素は、高濃度の過酸化水素に対するカタラーゼ活性がほとんどない他の組織の防御を担っています。
ボンバーディアカブトムシなどの一部の昆虫は、過酸化水素を分解し、この反応のガス状酸素生成物を使用して、水や他の化学物質を蒸気の形で放出するため、防御メカニズムとしてカタラーゼを使用します。
-植物では、カタラーゼ（ペルオキシソームにも存在）は光呼吸メカニズムの構成要素の1つであり、その間、酵素RuBisCOによって生成されるホスホグリコレートが3-ホスホグリセリン酸の生成に使用されます。
人間の関連する病理
カタラーゼの基質である過酸化水素の主な生産源は、オキシダーゼ酵素、活性酸素種、および一部の腫瘍細胞によって触媒される反応です。
この化合物は、炎症過程、接着分子の発現、アポトーシス、血小板凝集の調節、および細胞増殖の制御に関与しています。
この酵素が欠乏すると、その基質が高濃度で生成され、細胞膜の損傷、ミトコンドリア、ホモシステイン代謝、およびDNAの電子伝達の欠陥を引き起こします。
ヒトカタラーゼのコーディング遺伝子の変異に関連する疾患には、次のものがあります。
-真性糖尿病
-動脈性高血圧
-アルツハイマー
-白斑など
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