过氧化氢酶(CAT)的特异功能与应用！

过氧化氢酶(CAT)，顾名思义是可以催化过氧化氢分解成氧和水的酶。然鹅，你要是认为它只能催化过氧化氢分解那就大错特错了，人家还有特异功能呢。听我给大家详细说说这种神奇的酶。

首先，作为一种物质，过氧化氢酶是在1811年被过氧化氢(H2O2)的发现者泰纳尔(Louis Jacques Thénard)首次发现。1900年，Oscar Loew将这种能够降解过氧化氢的酶命名为"catalase"，即过氧化氢酶，并发现这种酶存在于许多植物和动物中。1937年，詹姆斯·B·萨姆纳将来自牛肝中的过氧化氢酶结晶，并在次年获得了该酶的分子量。1969年，牛的过氧化氢酶的氨基酸序列得以解出。而后，1981年，其三维结构得以解析。

几乎所有的生物机体都存在过氧化氢酶。其普遍存在于能呼吸的生物体内，主要存在于植物的叶绿体、线粒体、内质网、动物的肝和红细胞中，其酶促活性为机体提供了抗氧化防御机理。CAT是红血素酶，不同的来源有不同的结构。在不同的组织中其活性水平高低不同。过氧化氢在肝脏中分解速度比在脑或心脏等器官快，就是因为肝中的CAT含量水平高。

CAT存在于细胞的过氧化物酶体内。过氧化氢酶是过氧化物酶体的标志酶, 约占过氧化物酶体酶总量的40%。过氧化氢酶存在于所有已知的动物的各个组织中，特别在肝脏中以高浓度存在。过氧化氢酶在食品工业中被用于除去用于制造奶酪的牛奶中的过氧化氢。过氧化氢酶也被用于食品包装，防止食物被氧化。在纺织工业中，过氧化氢酶被用于除去纺织物上的过氧化氢，以保证成品是不含过氧化物的。它还被用在隐形眼镜的清洁上:眼镜在含有过氧化氢的清洁剂中浸泡后，使用前再用过氧化氢酶除去残留的过氧化氢。过氧化氢酶在美容业中的使用:一些面部护理中加入了该酶和过氧化氢，目的是增加表皮上层的细胞氧量。过氧化氢酶在实验室中还常常被用作了解酶对反应速率影响的工具。

一、反应机制

CAT作用于过氧化氢的机理实质上是H2O2的歧化，必须有两个H2O2先后与CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能发生反应。H2O2浓度越高，分解速度越快。虽然过氧化氢酶完整的催化机制还没有完全被了解，但其催化过程被认为分为两步：

H2O2 + Fe(III)-E → H2O + O=Fe(IV)-E(.+)

H2O2 + O=Fe(IV)-E(.+) → H2O + Fe(III)-E + O2

其中，"Fe()-E"表示结合在酶上的血红素基团(E)的中心铁原子(Fe)。Fe(IV)-E(.+)为Fe(V)-E的一种共振形式，即铁原子并没有完全氧化到+V价，而是从血红素上接受了一些"支持电子"。因而，反应式中的血红素也就表示为自由基阳离子(.+).

过氧化氢进入活性位点并与酶147位上的天冬酰胺残基(Asn147)和74位上的组氨酸残基(His74)相互作用，使得一个质子在氧原子间互相传递。自由的氧原子配位结合，生成水分子和Fe(IV)=O。Fe(IV)=O与第二个过氧化氢分子反应重新形成Fe(III)-E，并生成水分子和氧气。活性中心铁原子的反应活性可能由于357位上酪氨酸残基(Tyr357)的苯酚基侧链的存在(帮助Fe(III)氧化为Fe(IV))而得以提高。反应的效率可能是通过His74和Asn147与反应中间体作用而得以提高。该反应的速率通常可以通过米氏方程来确定。

二、接下来，划重点：

过氧化氢酶也能够氧化其他一些细胞毒性物质，如甲醇、甲酸、苯酚和乙醇。这些氧化过程需要利用过氧化氢通过以下反应来完成：

H2O2 + AH2 → 2H2O + A

同样，具体的反应机制还不清楚。

没错，这就是CAT的特异功能，它也具有过氧化物酶活性，不仅可以催化过氧化氢反应，还可以顺带氧化其他的小分子有毒物质，而且必须在过氧化氢在场的情况下。

根据这个特性，在生化检测中有的公司已经开发出了利用CAT过氧化物酶活性的检测试剂盒。比如Cayman公司的货号为 700910的Catalase Assay Kit (without Hydrogen Peroxide)该试剂盒的原理是甲醇和过氧化氢在CAT的催化下反应生成甲醛和水，然后用能与甲醛反应显色的物质来测定生成的甲醛，测定CAT的活性。这样就完美避开了利用CAT的过氧化氢酶活性来测定CAT需要准确测定过氧化氢浓度的难题。由于过氧化氢不是非常稳定，使用前需自行测定过氧化氢的实际浓度，需要测定240 nm的吸光度，比较麻烦。

三、过氧化氢酶（CAT）的应用

过氧化氢酶（CAT）专一分解过氧化氢（H2O2）。商品过氧化氢酶是一种高效、安全、无毒的生物催化剂。近年来CAT得到广泛应用，主要有以下几个方面。

在牛奶保存和奶酪制造前用H2O2对牛乳和干酪原料乳进行杀菌消毒，然后再用CAT去除残余H2O2。与加热杀菌不同，这种杀菌消毒可以在低温下进行，不仅不会杀灭有用的乳酸菌，而且不会影响到脂肪酶、蛋白酶及磷酸酶的作用。另外，利用CAT分解H2O2放出O2的性质，可以在烘烤食品过程中同时添加H2O2和CAT用作疏松剂。

在纸浆和造纸工业上，由于发现传统的含氯漂白剂与纸浆中残余木素反应产生氯酚类化合物等毒性污染物质后，世界各国相继采取措施，禁止在纸浆和造纸工业中采用含氯漂白剂，因此近年世界造纸行业相继以H2O2漂白来代替传统漂白方法。

在棉针织物漂染色工艺中，采用CAT生物除氧，比传统的高温水洗工艺去除残留H2O2具有节省水、电、气、人工的优点，又大幅度降低了成本，提高了生产效率，并减少了对环境的污染。

利用CAT与H2O2同时使用放出O2的机理，还可用于橡胶成型，塑料及多泡性黏合剂。

CAT可以使细胞免于遭受H2O2的毒害。几乎所有的生物机体都存在CAT，其酶促活性为机体提供了抗氧化防御功能。鉴于含有过氧化物歧化酶的抗氧化复合物可用于治疗，故认为CAT也可用于治疗氧化损伤疾病。