過氧化氫酶（Catalase，CAT）又稱為觸酶，其系統(tǒng)名為過氧化氫：過氧化氫氧化還原酶（氫過氧化物:hydrogen-per-oxidoreductase)，是以鐵卟咻為輔基的結(jié)合酶，分子量為240kD。CAT是過氧化物酶體的標(biāo)志酶，約占過氧化物酶總量的40%，其存在于人體的各個組織中，特別在肝臟中濃度最高。
過氧化氫酶能催化過氧化氫分解成氧和水，存在于細胞的過氧化物體內(nèi)，是一種酶類清除劑。此外，過氧化氫酶能清除體內(nèi)的過氧化氫，從而使細胞免于遭受H2O2的毒害，是生物防御體系的關(guān)鍵酶之一。
簡介
過氧化氫(H2O2)即人們熟知的雙氧水，比水(H2O)多了一個氧原子(0),這個氧原子極不穩(wěn)定，總想從別的物質(zhì)分子中再奪取一個氧原子，形成O2。平時我們用雙氧水殺菌消毒，就是因為細菌遭到H2O2的破壞而死亡，消毒時起泡是產(chǎn)生氧氣的結(jié)果。然而，過氧化氫可穿透大部分細胞膜，因此它比超氧陰離子自由基(不能穿透細胞膜)具有更強的細胞毒性，穿透細胞膜后可與細胞內(nèi)的鐵發(fā)生反應(yīng)生成羥基自由基。過氧化氫酶(CAT)是抗氧化酵素系統(tǒng)的重要一員，又被稱為觸酶，是以鐵卟啉為輔基的結(jié)合酶。SOD酵素將氧自由基歧化后生成過氧化氫(H2O2)和氧氣(O2),過氧化氫在體內(nèi)仍然是具有氧化劑毒性的物質(zhì)，過氧化氫酶的作用就是促使過氧化氫分解為分子氧和水，使細胞免于遭受H2O2的毒害。CAT作用于過氧化氫的機理實質(zhì)上是過氧化氫的岐化，必須有兩個H2O2分子先后與CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能發(fā)生反應(yīng)。H2O2濃度越高，分解速度越快幾乎所有的生理機體，都存在過氧化氫酶。其普遍存在于能呼吸的生物體內(nèi)，主要存在于植物的葉綠體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)以及動物的肝和紅細胞中其酶促活性為機體提供了抗氧化防御機理。過氧化氫酶的生物功能是在細胞中促進過氧化氫分解，使其不會進一步產(chǎn)生毒性很大的氫氧自由基，從而保護抗氧化酵素系統(tǒng)的功能作用，對于人體的生長發(fā)育和代謝活動亦具有重要意義。
閻世英編著，酵素決定健康，中國醫(yī)藥科技出版社,2015.12
過氧化氫酶存在于紅細胞及某些組織內(nèi)的過氧化體中，它的主要作用就是催化H2O2分解為H2O與O2，使得H2O2不至于與O2在鐵合物作用下反應(yīng)生成非常有害的-OH
過氧化氫酶的作用是使過氧化氫還原成水： 2H2O2=O2↑+ 2H2O
中文名稱：過氧化氫酶
英文別名:Fungal catalase; catalase from bovine liver; catalase F. bov. 利物浦足球俱樂部,cryst.susp. in H2O; Catalase from microorganisms; catalse from bovine liver; catalase from human erythrocytes; catalase from dog liver; catalase from mouse liver; catalase from 野牛屬 liver; Catalase (bovine liver); Catalase, Human Erythrocytes; Catalase Aspergillus niger; Catalase from 棒狀桿菌屬 glutamicum; Catalase 微球菌屬 lysodeikticus; Catalase
CAS:9001-05-2
EINECS:232-577-1
EC 1.11.1.6
觸酶
過氧化氫酶（CAT）是一種酶類清除劑，又稱為觸酶，是以鐵卟啉為輔基的結(jié)合酶。它可促使過氧化氫分解為分子氧和水，清除體內(nèi)的過氧化氫，從而使細胞免于遭受H2O2的毒害，是生物防御體系的關(guān)鍵酶之一。CAT作用于過氧化氫的機理實質(zhì)上是H2O2的歧化，必須有兩個H2O2先后與CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能發(fā)生反應(yīng)。H2O2濃度越高，分解速度越快。
分解酶
這是一種穩(wěn)定的過氧化氫分解酶，能將過氧化氫分解成水和氧氣，而對纖維和染料沒有影響，因而漂白后染色前，通過H2O2 分解酶去除漂白織物上和染缸中殘留的過氧化氫，以避免纖維的進一步氧化和染色時染料的氧化。同時能縮短加工時間，減少水洗用水，降低廢水量。尤其對紗線、筒子紗和針織物更為適用。同樣，過氧化氫分解酶隨pH 值和溫度的改變，其活力隨之變化，在pH7 左右和30～40 ℃活性最大。過氧化氫濃度增大，會加快分解反應(yīng)速度，但必須注意當(dāng)濃度大于一定量時，酶的作用將減弱，這樣過多地殘留H2O2 對纖維和染料是不利的。所以不能因為有了H2O2 分解酶，就能任意地加大H2O2 的用量。使用時，通常要注意H2O2 分解酶對常用表面活性劑和H2O2 穩(wěn)定劑的相容性，實際生產(chǎn)應(yīng)用pH為6～8，溫度20～55 ℃，每用量5～10KCLU/ 升，時間10～20min。此技術(shù)已慢慢地被國內(nèi)所認識和接受，它對提高活性染料色澤鮮艷度很有利。
來源
幾乎所有的生物機體都存在過氧化氫酶。其普遍存在于能呼吸的生物體內(nèi)，主要存在于植物的葉綠體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、動物的肝和紅細胞中，其酶促活性為機體提供了抗氧化防御機理。
CAT是豬血素酶，不同的來源有不同的結(jié)構(gòu)。在不同的組織中其活性水平高低不同。過氧化氫在肝臟中分解速度比在腦或心臟等器官快，就是因為肝中的CAT含量水平高。
反應(yīng)機制
雖然過氧化氫酶完整的催化機制還沒有完全被了解，但其催化過程被認為分為兩步：
H2O2 + Fe(III)-E → H2O + O=Fe(IV)-E(.+)
H2O2 + O=Fe(IV)-E(.+) → H2O + Fe(III)-E + O2
其中，“Fe()-E”表示結(jié)合在酶上的血紅素基團（E）的中心鐵原子（Fe）。Fe(IV)-E(.+）為Fe(V)-E的一種共振形式，即鐵原子并沒有完全氧化到+V價，而是從血紅素上接受了一些“支持電子”。因而，反應(yīng)式中的血紅素也就表示為自由基陽離子（.+).
過氧化氫進入活性位點并與酶147位上的天門冬胺殘基（Asn147）和74位上的組氨酸的生物合成殘基（His74）相互作用，使得一個質(zhì)子在氧原子間互相傳遞。自由的氧原子配位結(jié)合，生成水分子和Fe(IV)=O。Fe(IV)=O與第二個過氧化氫分子反應(yīng)重新形成Fe(III)-E，并生成水分子和氧氣。活性中心鐵原子的反應(yīng)活性可能由于357位上酪氨酸殘基（Tyr357）的苯酚基側(cè)鏈的存在（幫助Fe(III）氧化為Fe(IV））而得以提高。反應(yīng)的效率可能是通過His74和Asn147與反應(yīng)中間體作用而得以提高。該反應(yīng)的速率通常可以通過米氏方程來確定。
過氧化氫酶也能夠氧化其他一些細胞毒性物質(zhì)，如甲醛、甲酸、苯酚和乙醇。這些氧化過程需要利用過氧化氫通過以下反應(yīng)來完成：
H2O2 + H2R → 2H2O + R
同樣，具體的反應(yīng)機制還不清楚。
任何重金屬離子（如硫酸銅中的銅離子）可以作為過氧化氫酶的非競爭性抑制劑。另外，劇毒性的氰化物是過氧化氫酶的競爭性抑制劑，可以緊密地結(jié)合到酶中的血紅素上，阻止酶的催化反應(yīng)。
處于過氧化狀態(tài)的過氧化氫酶中間體的三維結(jié)構(gòu)已經(jīng)獲得解析，可以在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中檢索到。
檢測
進行中的過氧化氫酶檢測，可以觀察到氣泡。
過氧化氫酶檢測是微生物學(xué)家鑒定細菌種類的主要的三種檢測手段之一，即用過氧化氫來檢測過氧化氫酶是否存在。假如細菌中含有過氧化氫酶，則在過氧化氫溶液中加入少量細菌提取物就能觀察到氧氣氣泡生成。
有氣泡生成，則該菌被認為是呈“過氧化氫酶陽性”。如葡萄球菌和微球菌屬。沒有，則該菌被認為是呈“過氧化氫酶陰性”。如鏈球菌和腸球菌。雖然過氧化氫酶檢測無法鑒定特定生物體，但與其他檢測方法結(jié)合，它可以有效地幫助診斷。
此外細菌中是否存在過氧化氫酶，還取決于細胞生長條件和所使用的培養(yǎng)基。
分布
過氧化氫酶存在于所有已知的動物的各個組織中，特別在肝臟中以高濃度存在。在射炮步甲（bombardier beetle）中，過氧化氫酶具有獨特用途。這種甲蟲具有兩套分開儲存于腺體中的化學(xué)物。大的腺體中儲存著對苯二酚和過氧化氫，而小的腺體中儲存著過氧化氫酶和辣根過氧化物酶。當(dāng)甲蟲將兩個腺體中的物質(zhì)混合在一起時，就會釋放出氧氣，而氧氣既可以氧化對苯二酚又可以作為助推劑。
過氧化氫酶也普遍存在于植物中，但不包括真菌，雖然有些真菌被發(fā)現(xiàn)在低pH值和溫暖的環(huán)境下能夠產(chǎn)生該酶。
絕大多數(shù)需氧微生物都含有過氧化氫酶。例外包括鏈球菌，一種沒有過氧化氫酶的需氧細菌。部分厭氧微生物，如甲烷八疊球菌屬 barkeri，也含有過氧化氫酶。
應(yīng)用
過氧化氫酶在食品工業(yè)中被用于除去用于制造奶酪的牛奶中的過氧化氫。過氧化氫酶也被用于食品包裝，防止食物被氧化。在紡織工業(yè)中，過氧化氫酶被用于除去紡織物上的過氧化氫，以保證成品是不含過氧化物的。它還被用在隱形眼鏡的清潔上：眼鏡在含有過氧化氫的清潔劑中浸泡后，使用前再用過氧化氫酶除去殘留的過氧化氫。過氧化氫酶在美容液中的使用：一些面部護理中加入了該酶和過氧化氫，目的是增加表皮上層的細胞氧量。
過氧化氫酶在實驗室中還常常被用作了解酶對反應(yīng)速率影響的工具。
功能
功能概述
過氧化氫是一種代謝過程中產(chǎn)生的廢物，它能夠?qū)C體造成損害。為了避免這種損害，過氧化氫必須被快速地轉(zhuǎn)化為其他無害或毒性較小的物質(zhì)。而過氧化氫酶就是常常被細胞用來催化過氧化氫分解的工具。
但過氧化氫酶真正的生物學(xué)重要性并不是如此簡單：研究者發(fā)現(xiàn)基因工程改造后的過氧化氫酶缺失的小鼠依然為正常表現(xiàn)型，這就表明過氧化氫酶只是在一些特定條件下才對動物是必不可少的。
一些人群體內(nèi)的過氧化氫酶水平非常低，但也不顯示出明顯的病理反應(yīng)。這很有可能是因為正常哺乳動物細胞內(nèi)主要的過氧化氫清除劑是過氧化物還原酶（peroxiredoxin），而不是過氧化氫酶。
過氧化氫酶通常定位于一種被稱為過氧化物酶體的細胞器中。植物細胞中的過氧化物酶體參與了光呼吸（利用氧氣并生成二氧化碳）和共生性氮固定（將氮氣(N2）離解為活性氮原子）。
當(dāng)細胞被病原體感染時，過氧化氫可以被用作一種有效的抗微生物試劑。部分病原體，如結(jié)核分枝桿菌、嗜肺軍團菌和空腸彎曲菌，能夠生產(chǎn)過氧化氫酶以降解過氧化氫，使得它們能在宿主體內(nèi)存活。
漂白作用
要說明的是用酶可促進漂白地進行，羊毛在含有蛋白酶Bactosol ST的過氧化氫漂液中漂白，可顯著提高羊毛的白度和親水性。這是由于酶促進羊毛纖維初始受到快速的浸蝕，致使羊毛漂白較易進行。從此原理出發(fā)，將蛋白酶對羊毛先預(yù)處理，使纖維表面裸露，再進行漂白，顯然效果更好，且纖維損傷也易控制。
歷史
作為一種物質(zhì)，過氧化氫酶是在1811年被過氧化氫（H2O2）的發(fā)現(xiàn)者泰納爾（Louis Jacques Thénard）首次發(fā)現(xiàn)。1900年，Oscar Loew將這種能夠降解過氧化氫的酶命名為“catalase”，即過氧化氫酶，并發(fā)現(xiàn)這種酶存在于許多植物和動物中。1937年，詹姆斯·薩姆納將來自牛肝中的過氧化氫酶結(jié)晶，并在次年獲得了該酶的分子量。1969年，牛的過氧化氫酶的氨基酸序列得以解出。而后，1981年，其三維結(jié)構(gòu)得以解析。
疾病
過氧化物酶體異常（peroxisomal disorder）過氧化物酶缺乏癥（acatalasia）是由過氧化氫酶功能缺陷所造成的。
參考資料 >