Perossidasi, formula molecolare NULL, CAS 9003-99-0, È un enzima marcatore dei perossisomi e un tipo di ossidoreduttasi che può catalizzare molte reazioni. La perossida è un enzima che catalizza l'ossidazione del substrato utilizzando il perossido di idrogeno come accettore di elettroni. Esiste principalmente nei perossisomi del trasportatore, con la porfirina di ferro come gruppo secondario, che può catalizzare il perossido di idrogeno, ossidare i composti fenolici e amminici e i prodotti di ossidazione degli idrocarburi e ha il duplice effetto di eliminare la tossicità del perossido di idrogeno e dei composti fenolici, amminici, aldeidici e benzenici. La perossida è un tipo di ossidoreduttasi.
Distribuito nei fluidi corporei o nelle cellule come il latte, i globuli bianchi e le piastrine, questo enzima ha anche l'eme come cofattore. Catalizza l'ossidazione dei substrati utilizzando H2O2 come accettore di elettroni. Catalizza l'ossidazione diretta di composti fenolici o amminici da parte di H2O2, come perossidi di glutatione, perossidi eosinofili e perossidi tiroidei, e ha un duplice effetto sull'eliminazione della tossicità del perossido di idrogeno e delle ammine fenoliche.
Enzima medio
(1) Animali
I perossisomi sono coinvolti nella beta ossidazione degli acidi grassi negli animali (un altro organello sono i mitocondri) e la concentrazione di perossisomi nelle cellule del fegato di ratto è aumentata di dieci volte dopo l'assunzione di Jiangzhi Ling. Inoltre, i perossisomi hanno anche effetti disintossicanti, poiché il catalo può utilizzare H2O2 per ossidare sostanze nocive come fenoli, formaldeide, acido formico e alcoli. Un quarto dell'alcol ingerito viene ossidato in acetaldeide nei perossisomi.
(2) Piante
Nelle piante, i perossisomi includono principalmente:
① Partecipa alla fotorespirazione e ossida il sottoprodotto della fotosintesi, l'acido glicolico, in acetaldeide e perossido di idrogeno.
② Nei semi in germinazione, avviene l'ossidazione - del grasso per produrre acetil CoA, che viene scomposto dall'isocitrato in acido acetico e acido succinico attraverso il ciclo del gliossilato. Viene quindi aggiunto al ciclo dell'acido tricarbossilico, noto anche come gliossisoma, poiché coinvolge il ciclo del gliossilato.
Funzioni biologiche
Eliminazione delle specie reattive dell'ossigeno e regolazione dello stress ossidativo
Eliminazione del perossido di idrogeno intracellulare in eccesso
Perossidasi(POD) rappresenta una delle principali famiglie di enzimi antiossidanti negli organismi viventi ed è ampiamente distribuito nelle cellule vitali di animali, piante e microrganismi. Il suo substrato principale è il perossido di idrogeno (H₂O₂). Attraverso la catalisi specifica delle reazioni redox, il POD decompone l'H₂O₂ in eccesso generato dal metabolismo cellulare in acqua e ossigeno, eliminando così la sua citotossicità. In condizioni fisiologiche, basse concentrazioni di specie reattive dell'ossigeno (ROS) vengono prodotte continuamente attraverso la respirazione mitocondriale, il metabolismo dei lipidi, le reazioni fotochimiche e altri percorsi per sostenere la segnalazione cellulare allo stato stazionario.
Tuttavia, in caso di stress abiotico o disturbo metabolico, l'accumulo massiccio di H₂O₂ innesca il danno da stress ossidativo. Il POD collabora con la superossido dismutasi e la catalasi per costituire il sistema di difesa antiossidante dell'organismo, regolando con precisione le concentrazioni di ROS intracellulari per evitare danni tra cui la denaturazione delle proteine, le rotture dei filamenti di DNA e la perossidazione lipidica della membrana indotta dall'eccesso di H₂O₂ e preservando il normale metabolismo cellulare. Rispetto alla catalasi, il POD mostra una maggiore efficienza catalitica verso basse-concentrazioni di H₂O₂. Rimuove efficacemente le tracce di ROS che si accumulano nel microambiente cellulare e funge da enzima fondamentale per la protezione antiossidante cellulare basale.
Mitigazione del danno ossidativo causato da stress biotici e abiotici
In condizioni di stress, la capacità antiossidante del POD è marcatamente attivata, formando un meccanismo di risposta fondamentale contro i danni esterni.
Nelle piante, stress abiotici come siccità, salinità, temperature estreme e tossicità da metalli pesanti interrompono direttamente l’omeostasi metabolica nei cloroplasti e nei mitocondri, innescando un accumulo esplosivo di ROS. In risposta, l’attività dei POD delle piante aumenta sostanzialmente. Eliminando in modo efficiente i ROS in eccesso, il POD mantiene l'integrità della membrana, riduce la degradazione dei pigmenti e il disordine metabolico e migliora la tolleranza allo stress.
Durante lo stress biotico come l'infezione da agenti patogeni ed erbivori, lo stress ossidativo emerge nei siti di infezione. Il POD ripristina rapidamente l'omeostasi redox locale: riduce il danno mediato dai ROS-alle cellule ospiti e, modulando moderatamente i livelli di ROS, partecipa alla morte cellulare programmata localizzata per limitare la diffusione dei patogeni. Negli animali e nei microrganismi, il POD contrasta lo stress ossidativo indotto da tossine esogene, infiammazioni e radiazioni, frena l'accumulo di fattori pro-infiammatori, riduce i tassi di apoptosi e sostiene la normale funzione fisiologica di tessuti e organi.
Partecipazione al metabolismo biologico e regolazione della biosintesi
Regolazione del metabolismo secondario vegetale
Il POD partecipa ampiamente alla sintesi e alla trasformazione dei metaboliti secondari delle piante, inclusi polifenoli, lignina e alcaloidi, agendo come un enzima regolatore chiave all'interno delle reti metaboliche secondarie delle piante. La lignina, un importante componente strutturale delle pareti cellulari vegetali che regola la resistenza meccanica e la resistenza allo stress, si forma tramite polimerizzazione ossidativa dei monolignoli catalizzata dal POD. Il POD media il reticolazione ossidativa-di monomeri quali p-alcol cumarilico, alcol coniferilico e alcol sinapilico per assemblare la lignina macromolecolare, promuovendo la lignificazione della parete cellulare e migliorando il supporto meccanico dello stelo, la resistenza alle malattie e la tolleranza all'alloggiamento.
Parallelamente, la POD guida il metabolismo ossidativo dei fenoli delle piante convertendo i fenoli in chinoni, che possiedono un'attività antimicrobica ad ampio-spettro e sopprimono la proliferazione dei patogeni per rafforzare l'immunità innata delle piante. Inoltre, il POD modula la biosintesi e l’accumulo di metaboliti secondari antiossidanti come antociani e flavonoidi, proteggendo le piante dalle radiazioni ultraviolette. Partecipa anche alla formazione dei pigmenti dei fiori e dei frutti, influenzando così la crescita, lo sviluppo e i tratti fenotipici delle piante.
Mantenimento dell'omeostasi metabolica negli animali
Negli animali, i membri delperossidasifamiglia modulano diverse vie metaboliche per sostenere l’equilibrio metabolico sistemico.
Il POD tiroideo agisce come un enzima-limitante la velocità della sintesi dell'ormone tiroideo: catalizza l'ossidazione dello ioduro, la iodurazione della tirosina e l'accoppiamento dei residui di tirosina per facilitare la produzione di tiroxina e triiodotironina, regolando direttamente il metabolismo dell'intero corpo, la crescita e lo sviluppo neurale.
La mieloperossidasi è localizzata prevalentemente nei neutrofili. Oltre all’attività antiossidante, catalizza l’ossidazione del cloruro per produrre ipoclorito, supportando l’uccisione microbica immunitaria innata. Media anche la modificazione ossidativa dei lipidi e delle proteine per regolare il metabolismo lipidico e infiammatorio. Inoltre, il glutatione POD controlla in modo collaborativo il metabolismo dei lipidi, attenua l'ossidazione delle lipoproteine a bassa-densità, allevia il danno da perossidazione lipidica, protegge il sistema cardiovascolare e mantiene l'omeostasi metabolica.
Regolazione della crescita, dello sviluppo e della differenziazione cellulare
Modulazione della crescita delle piante e progressione dello sviluppo
Regolando la segnalazione dei ROS e il metabolismo ormonale, POD coordina l'intero ciclo di vita della pianta, compresa la germinazione dei semi, lo sviluppo delle radici e la senescenza degli organi. Durante la germinazione dei semi, il POD elimina i ROS accumulati durante la dormienza, interrompe la dormienza, ripristina l'attività metabolica embrionale e accelera la germinazione. Nello sviluppo delle radici, il POD preserva l'omeostasi redox nelle cellule dell'apice della radice per promuovere la divisione e l'allungamento cellulare, facilitando l'estensione della radice primaria e l'inizio della radice laterale e migliorando l'assorbimento di acqua e sostanze nutritive.
I cambiamenti dinamici nell'attività del POD governano i tassi di senescenza. L’elevata attività del POD durante la crescita vegetativa ritarda la senescenza fogliare e sostiene la capacità fotosintetica; una moderata downregulation dell'attività del POD negli stadi di sviluppo successivi si allinea con il declino metabolico e consente la rimobilizzazione dei nutrienti. Il POD contribuisce anche alla differenziazione del callo e alla guarigione delle ferite regolando i microambienti redox nei siti di lesione per supportare la rigenerazione cellulare e la riparazione dei tessuti.
Bilanciamento della proliferazione e dell'apoptosi delle cellule animali
Negli animali, il POD controlla con precisione l'intensità del segnale ROS intracellulare per orchestrare i tempi della proliferazione, differenziazione e apoptosi cellulare.
I ROS moderati funzionano come un segnale proliferativo; Il POD mantiene i ROS entro una finestra fisiologicamente ottimale per evitare sia l'arresto metabolico causato da ROS insufficienti sia l'apoptosi innescata da ROS eccessivi. Durante l'embriogenesi, l'espressione ordinata delle isoforme POD regola la differenziazione delle cellule embrionali e garantisce una corretta organogenesi.
Nei tessuti adulti, la POD modula la proliferazione e la differenziazione delle cellule staminali per sostenere il ricambio omeostatico dei tessuti e favorire la riparazione dei tessuti danneggiati. L'espressione aberrante dei POD o l'attività interrotta perturba l'omeostasi dei ROS, portando a proliferazione anormale, apoptosi eccessiva e conseguenti disturbi tra cui infiammazioni, malattie degenerative e tumori. Ciò sottolinea il suo ruolo centrale nel mantenimento della stabilità dello sviluppo.
Perossidasicostituiscono una famiglia di enzimi redox che utilizzano il perossido di idrogeno come substrato, ampiamente utilizzati in saggi biologici, bonifiche ambientali, catalisi industriale e altri campi. La loro produzione si divide principalmente nell'estrazione biologica naturale e nella biosintesi ricombinante, che rappresentano attualmente le vie dominanti per ottenere POD ad alta-attività.
I. Estrazione da Materie Prime Naturali
Questo metodo utilizza organismi naturali ricchi di POD come materia prima, con la preparazione del rafano POD come esempio più tipico. Le radici fresche del rafano vengono prima disgregate ed estratte con soluzione acquosa; i detriti vegetali e le impurità vengono rimossi mediante centrifugazione per produrre il liquido enzimatico grezzo.
Per la purificazione viene quindi applicata l'ultrafiltrazione frazionata: membrane di ultrafiltrazione con limite di peso molecolare di 70–100 kDa separano proteine contaminanti ad alto-peso molecolare-, seguite dalla concentrazione della soluzione enzimatica attraverso membrane da 1–30 kDa per rimuovere le impurità di piccole-molecole e l'acqua.
La disidratazione a bassa-temperatura produce infine POD naturale con una purezza relativamente elevata. Questo processo è semplice e a basso-costo, tuttavia l'attività e la purezza degli enzimi fluttuano sostanzialmente e la produzione è limitata dalla disponibilità delle materie prime.
II. Biosintesi microbica ricombinante
La biosintesi ricombinante è la tecnologia principale per la produzione industriale di massa di POD ad alta-attività. Ospiti di espressione comuni includono Escherichia coli e Pichia pastoris.
Il flusso di lavoro inizia con l'ottimizzazione del gene per sintetizzare il codone del gene POD target-ottimizzato per l'ospite; il gene viene legato in un vettore di espressione e trasformato in cellule ospiti. I parametri di coltivazione vengono quindi controllati: la coltura fed-batch aumenta la biomassa e la limitazione della-fonte di carbonio innesca l'espressione del gene dell'enzima.
Dopo la fermentazione, vengono eseguite la lisi cellulare, la purificazione cromatografica e la modifica del ripiegamento, con cofattori come eme e ioni calcio integrati per mantenere la conformazione spaziale e l'attività catalitica dell'enzima.
Questo approccio supera gli svantaggi dell'estrazione naturale, offrendo prodotti di elevata purezza e attività stabile e consentendo al tempo stesso una produzione su larga-scala. Attualmente è il metodo di preparazione dominante per la ricerca e le applicazioni industriali.
domande frequenti
Qual è la funzione della perossidasi?
Le perossidasi sono un gruppo di enzimi checatalizzare l'ossidazione di un substrato mediante perossido di idrogeno o perossido organico. La maggior parte delle perossidasi sono proteine eme ferriche; una notevole eccezione è la glutatione perossidasi, che è un enzima contenente selenio-.
Cosa significa perossidasi alta?
Anticorpi anti-perossidasi tiroidea (TPO).
Se il risultato del test è positivo per gli anticorpi TPO (ne hai una quantità elevata) può significare:Hai la malattia di Hashimoto(se hai livelli elevati di TSH) Potresti sviluppare ipotiroidismo più avanti nella vita (se i tuoi livelli di TSH sono attualmente normali o quasi normali)
A cosa serve il test della perossidasi?
I medici prescrivono il test degli anticorpi della perossidasi tiroidea:per diagnosticare e monitorare condizioni autoimmuni che coinvolgono la tiroide, come la tiroidite di Hashimoto e la malattia di Graves. per diagnosticare disturbi della tiroide come tiroidite (infiammazione della tiroide) o gozzo (tiroide ingrossata)
Qual è la differenza tra catalasi e perossidasi?
Entrambi gli enzimi utilizzano una molecola di perossido di idrogeno per formare un intermedio del ferro ad alta valenza denominato Composto I (Cpd I). Tuttavia, considerando checatalasi Cpd I ossida un secondo H2O2molecola in ossigeno, le perossidasi utilizzano questo intermedio per ossidare altri substrati anziché H2O2.
Qual è un altro nome per la perossidasi?
Perossidasi operossido reduttasi(Numero CE 1.11. 1. x) sono un ampio gruppo di enzimi che svolgono un ruolo in vari processi biologici. Prendono il nome dal fatto che comunemente distruggono i perossidi e non devono essere confusi con altri enzimi che producono perossido, che spesso sono ossidasi.
La perossidasi viene utilizzata in Elisa?
La perossidasi di rafano è comunemente utilizzata in vari test diagnostici e analisi nei campi dell'immunologia e della biologia molecolare. Saggio immunoassorbente legato all'enzima (ELISA):L'HRP è utilizzato come enzima di rilevamento nell'ELISA, un test che rileva la presenza di anticorpi o antigeni in un campione.
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