katalaza 4

stanowi 30 do 80%. Zaobserwowano, źe zmianom aktywności katalazy A towarzyszą zmiany aktywności oksydazy acylo-CoA z peroksysomów komórek drożdży [54).

d. Regulacja syntezy katalaz drożdżowych

Hemoproteiny posiadające hem jako grupę prostetyezną należą do różnych klas białek enzymatycznych związanych z oddychaniem komórkowym, utlenianiem kwasów tłuszczowych lub rozpadem nadtlenków. Poziom ich syntezy w komórkach drożdży zależy od trzech głównych składników: stężenia tlenu, zawartości glukozy oraz hemu w podłożu. Badania nad mutantami drożdży wykazały, że glukoza, tlen i hem regulują syntezę katalaz na poziomie transkrypcji poprzez kontrolę poziomu katalazowego mRNA (58). W obecności niskich stężeń glukozy, synteza katalazy A ulega silnej represji, podczas gdy katalaza T jest syntetyzowana w komórkach wyrosłych na podłożu z dodatkiem 10% glukozy [49].

Czynnikiem regulującym syntezę katalaz w komórkach drożdży jest tlen. Istnieje duża korelacja pomiędzy aktywnością katalazową a aktywnością enzymów oddechowych. Enzymy łańcucha oddechowego są syntetyzowane na terenie mitochondrium i cytoplazmy. Katalaza jest enzymem rozpuszczalnym, występującym wyłącznie w obrębie matriks cytoplazmatycznego. W przypadku obniżenia biosyntezy oksydazy cytochromu b i mitochondrialnych białek strukturalnych (związanych z oddychaniem tlenowym), zaobserwowano również wyraźne zahamowanie syntezy katalazy. Obserwacje te wskazują na ścisły związek między biosyntezą katalazy oraz enzymów oddechowych. Podczas adaptacji do warunków tlenowych następuje wznowienie syntezy enzymów łańcucha oddechowego i katalazy w cytozolu [45]. W trakcie badań ekstraktów komórek wyrosłych w warunkach adaptacji tlenowej stwierdzono, że katalaza T stanowi aż 1% zawartości ich białek. Wykazano również, że w warunkach tlenowych gwałtownie rośnie ilość katalazowego mRNA, odpowiedzialnego za regulację syntezy katalazy przez tlen na poziomie transkrypcji [67].

Hem - prostetyezną grupa licznych hemoproteidów, wykazuje również funkcje regulacyjne w syntezie katalaz na poziomie transkrypcji. Jego dodatek do podłoża hodowlanego stymulował translację katalazy T w komórkach 5. cerwbsiae, co świadczy

0    tym, że synteza apoenzymu katalazy T znajduje się pod kontrolą hemu także na poziomic posttranskrypcyjnym [26]. Wytwarzanie hemu podlega regulacji przez tlen i glukozę, a zatem synteza grupy prostctycznej warunkuje powstawanie obu enzymów [4], Katalazy A i T nie występują w dzikich, rosnących w warunkach beztlenowych komórkach drożdży. Otrzymano mutanty, które syntetyzują w warunkach beztlenowych katalazę T [2,3]. Mutanty S. ccrcmiae pozbawione katalazy nie wykazują nadwrażliwości na wysokie stężenia tlenu, parakwatu i naświetlanie promieniami UV, ale reagują na stres tlenowy podobnie jak szczep dziki [51.

c. Katalazy grzybów nitkowatych

Katalaza grzybów nitkowatych posiada specyficzne cechy odróżniające ią od tego typu enzymów spotykanych u innych eukarionlów. Pod względem liczby podjednostek

1    zawartości hemu katalazy kropidlaka są identyczne z enzymem występującym w wątrobie ssaków. Jednakże katalazy grzybów o są molekularni znacznie większymi; masa cząsteczkowa podjednostek wynosi 80-97 kDa. Enzym z .4. nrgęr jest znacznie bat dziej

\

stabilny niż katalaza wolowa w warunkach skrajnych wartości pH, temperatury i zawartości H2O2 [17]. Wykazuje również znaczną zawartość węglowodanów (8-9% cukrów obojętnych i 2-3% glukozamin), większą oporność na denaturację termiczną proteoliz i modyfikację aldehydem glutarowym. Katalaza kropidlaka jest też bardziej oporna na działanie inhibitorów takich, jak jony cyjankowe, azydkowe i fluorkowe [62]. Akertek iTarhan [1] wykazali, że w temperaturze 25°C katalaza A. niger posiada optimum działania przy pH 6.7-7.0 (enzym natywny) lub przy pH 7.0-7.5 (enzym unieruchomiony). Wewnątrzkomórkowa katalaza wytwarzana przez Penicillium simpli-cissimum wykazuje aktywność zarówno katalazy jak i peroksydazy. Enzym ten ma masę cząsteczkową 170 kDa i składa się z dwóch identycznych podjednostek. Optimum pH dla jego działania wynosi 6.4 dla aktywności katalazowej i 5.3 dla aktywności peroksy-dazowej [18]. W komórkach drobnoustrojów katalaza syntetyzowana jest w odpowiedzi na wytwarzanie nadtlenku wodoru podczas wzrostu na substratach węglowodanowych lub kwasach tłuszczowych. Nadtlenek wodoru powstaje w wyniku działania enzymów flawoproteidowych, jakim jest m.in. oksydaza glukozowa, wytwarzana w dużych ilościach przez A. niger. Enzym ten katalizuje reakcję utleniania glukozy do glukonianu, w której jako produkt uboczny powstaje woda utleniona. Jest ona natychmiast rozkładana przez katalazę do H2O i O2 [17].

d. Geny kodujące katalazy grzybów nitkowatych

Aspergillus niger wytwarza dwie katalazy będące produktami dwóch różnych genów. Katalaza R kodowana jest przez gen cal R. Drugi gen, cal A, koduje katalazę, której indukcja zachodzi w początkowej fazie wzrostu hodowli na kwasach tłuszczowych. Analiza sekwencji genu cal R dowiodła, że region kodujący katalazę R zawiera 5 egzonów przerwanych przez 4 małe introny. Katalaza R wykazuje znaczną homologię w sekwencji ok. 730 aminokwasów do katalaz organizmów pro- i eukariotycznych, szczególnie w rejonach związanych z aktywnością katalityczną i w rejonach wiążących prostetyezną grupę heinową [17],

5. Katalazy organizmów wyższych

a. Katalazy roślinne

W toku ewolucji rośliny wytworzyły szereg systemów obronnych, umożliwiających im prawidłowe funkcjonowanie w obecności aktywnych form tlenu. Formy te są stale produkowanie w wielu procesach metabolicznych, zachodzących zarówno w warunkach normalnych jak i stresowych. Taką ochronną rolę przed toksycznym i mutagennym działaniem aktywnych form tlenu pełnią zarówno nieenzymatyczne antyutleniacze takie jak: barwniki fotosyntetyezne, glutation, askorbinian i tokoferol, jak i enzymatyczne, w tym: dysmutazy, katalazy i peroksydazy [43,51], Powstawanie nadtlenku wodoru, który swobodnie penetruje przez błony komórkowe, stwierdzono w tniiochoudriach, retiku-lum endoplazmatycznym i chloroplastach. Wytwarzany jest on spontanicznie lub katalitycznie przy współudziale dysmutazy ponadtlcnkowej (SOD). Źródłem nadtlenku wodoru jest także łańcuch transportu elektronów w chloroplastach i mitochondriach oraz procesy zachodzące w peroksysomach [22,43).