آنزیم کاتالاز و انواع آن

کاتالاز این یک آنزیم عمومی می باشد که در اکثر میکروارگانیسم ها یافت شده است که پراکسید هیدروژن را به آب و اکسیژن تبدیل می کند و کاتالاز دارای عدد Turnover بالایی دارد و دارای ساختار تترامری می باشد که دارای 4 زنجیره پلی پپتیدی 500 اسیدآمینه ای است و شامل 4 گروه پورفیرینی هم می باشد که باعث می شود که با پراکسید هیدروژن واکنش دهد.آنزیم کاتالاز نقش مهمی در فیزیولوژی وبیماریزایی و تعیین هویت باکتریها دارد. باکتریهای هوازی و بی هوازی اختیاری در تنفس هوازی خود به دلیل داشتن دو آنزیم کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز می توانند فشارهای اکسیژن را تحمل کرده و آب اکسیژنه ناشی از زنجیره انتقال الکترون و ناشی از سلولهای فاگوسیستیک را تجزیه نمایند. این آنزیم نه تنها در سم زدایی آب اکسیژنه نقش دارد بلکه امروزه به عنوان یک مارکر اولیه در کنترل آلودگی محیطی در صنایع غذایی و به عنوان یک شاخص حضور باکتریها در مواد غذایی و حتی به عنوان مدرکی دال بر حیات در کره ماه می باشد. کاتالاز واکنش تجزیه پراکسید هیدروژن را کاتالیز نموده و آن را به آب و اکسیژن مولکولی تبدیل می نماید کاتالاز با دو روش این کار را انجام می دهد : 1) روش کاتالازی که در آن دهنده الکترون مولکول پراکسیدهیدروژن دیگری است . 2) روش پراکسیدازی که نیاز به یک دهنده هیدروژن دارد. کاتالاز به 3 گروه زیر تقسیم می شود : 1) کاتالازهای تک عملکردی که بیشتر مطالعات بر روی این می باشد. 2) کاتالازپراکسیداز 3) Mn کاتالاز آنزیم کاتالاز در این میکروارگانیسم ها وجود دارد: استافیلوکوکوس – نایسریا – باسیلوس – کورینه باکتریوم ( در جنس لیستریا برای جداسازی آن از استرپتوکوک بتا همولیتیک استفاده می شود) –بروسلا – هموفیلوس – انتروباکتریاسه – بوردتلا ( البته فقط بوردتلا پاراپرتوزیس و بوردتلا برونچی سپتیکا ) – یرسینیا – لژیونلا – فرانسیلا – پسودوموناس – ویبریو – میکوباکتریوم – اکتینومیست ها ( فقط استرپتومیسس و نوکاردیا ) و اشرشیا کلای تاثیر کاتالاز بر روی بیماریزایی باکتری: همانطور که می دانیم سیستم ایمنی بدن کارایی بالایی در جهت تشخیص مواد با منشا خارجی دارد . میکروارگانیسم های انگل پس از عبور از سدهای پوستی و یا غشاهای مخاطی با 4 سیستم تشخیص ایمنی مواجه می شود : کمپلمان – سلولهای فاگوسیت کننده – آنتی بادی و ایمنی سلولی . هنگامی که بدن برای اولین بار با یک آنتی ژن بیگانه مواجه می شود ‚ پاسخ های ایمنی سلولی و آنتی بادیها پس از گذشت چندین روز بارز می شود ‚ در حالی که کمپلمان و سلولهای فاگوسیت کننده از همان ابتدای برخورد با آنتی ژن وجود داشته و در همان دقایق اول ورود آنتی ژن وارد عمل می شوند . هم چنین عوامل طبیعی ویژه مانند لیزوزیم ‚ اینترفرون و غیره نیز می توانند با ویژگی کم وبیش شبیه آنتی بیوتیک ها در همان لحظات اولیه برخورد بدن با آنتی ژن بیگانه وارد عمل شوند. سلولهای فاگوسیت کننده مثل نوتروفیل و ماکروفاژها برای برخورد با این عوامل خارجی تولید یکسری مواد می کنند کهدر زیر توضیح داده شده است. آنزیم کاتالازی که در پاسخ به ایمن مواد تولید شده توسط فاگوسیت کننده ها داده می شود در واقع مکانیزمی برای زنده ماند باکتری می باشد و به همین دلیل است که در بیماریزایی آن نقش دارد. ازجمله باکتریها: استافیلوکوکوس اورئوس: در اثر ورود باکتری به داخل بدن نوتروفیل و ماکروفاژهای بدن در اثر برخورد با آنتی ژن ورودی که همان باکتری است فعال شده اکسیژن مولکولی را به گونه های واکنشگر اکسیژن (Reactive Oxygen Species) یا (ROS) تبدیل می کنند این مواد عوامل اکسید کننده بسیار فعالی هستند که میکروبها و سایر سلولها را از بین می برند. سیستم اصلی مولد رادیکالهای آزاد، سیستم فاگوسیت اکسیداز است. فاگوسیت اکسیداز، آنزیمی با زیرواحدهای متعدد است که در فاگوسیت ها فعال شده و عمدتا در غشای فاگولیزوزوم ساخته می شود.فاگوسیت اکسیداز به وسیله محرک های متعدد القا و فعال می شود از جمله به وسیله IFNᵧ و پیام های که از TLRها می رسندعملکرد این آنزیم احیای اکسیژن مولکولی به ROS (نظیر رادیکالهای سوپراکسید) است، و شکل احیا شده نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید فسفات (NADPH) نیز به عنوان کوفاکتور این واکنش عمل می کند. این آنزیم با انتقال الکترون از مولکول اکسیژن باعث تولید آنیون سوپراکسید می شود این مولکول در آخرین اوربیتال خود یک الکترون جفت نشده دارد. این سوپراکسید تولید شده تمایل دارد اوربیتال خود را دوتایی کند در نتیجه به هر ماده ای که برسد آن ماده را اکسید کرده و یک الکترون از آن می گیردو همچنین این سوپراکسید که اوربیتال خالی دارد می تواند در یک واکنش آنزیمی با هیدروژن ترکیب شده و به پراکسید هیدروژن تبدیل شود که پراکسید هیدروژن رادیکال هیدروکسیل را آزاد می کند که مسئول اثر اکسیدکنندگی آن بر روی لیپیدهای غشاء و مولکول DNA و دیگر اجزای سلول می باشد در غلظت های پایین مولکول DNA را می شکند و این باعث می شود که ژن آنزیم کاتالاز که در باکتریها وجود دارد فعال شده و آنزیم کاتالاز توسط ریبوزوم های سیتوپلاسمی باکتریها به صورت آپوکاتالاز تولید شده و بعد با 4 گروه هم ترکیب می شود و به صورت کاتالاز در می آید و در پاسخ به آب اکسیژنه تولید می شود. هم چنین آنزیم دیگری به نام میلوپراکسیداز از پراکسید هیدروژن استفاده می کند تا یون های هالید (HOCL) را که در شرایط طبیعی غیرفعال هستند به اسیدهای واکنشگر هیپوهالوس که برای باکتری سمی هستند تبدیل کند. فرآیندی که طی آن ROSها تولید می شوند انفجار تنفسی نامیده می شود. در اینجا باکتری می تواند ترکیب آب اکسیژنه را با آنزیم کاتالاز که خود تولید می کند به مولکول آب و اکسیژن تبدیل کند و وقتی باکتری بتواند این کار را انجام بدهد پس اینطوری میتواند در برابر عوامل فاگوسیت کننده از خود مقاومت نشان دهند پس اینگونه می توانند سریعا گسترش پیدا کنند و به همین دلیل است که کاتالاز با عفونت زایی باکتری رابطه دارد. این مکانیزم در دیگر باکتریها هم دیده می شود. نایسریا گونورآ (Neisseria Gonorrhoeae): یکی از مهم ترین دفاع های این باکتری علیه نوتروفیل های انسانی کاتالاز می باشد. نوتروفیلها دارای NADPH اکسیداز هستند که این آنزیم یک الکترون به اکسیژن مولکولی انتقال داده و باعث تولید آنیون سوپر اکسید می شود که این با آب ترکیب شده و تولید آب اکسیژنه می کند که باکتری با داشتن کاتالاز می تواند آن را ازبین برده و انتشار یابد. کمپیلوباکترها (Campylobacter): ژن کد کننده کاتالاز در اینها Kat A می باشد وکاتالاز به عنوان یک ماده ضروری برای مقاومت و رشد این باکتریها می باشد که در این هم واکنش به صورت مثالهای قبل می باشد. سالمونلا تیفی موریوم: در این باکتری 3 نوع آنزیم کاتالاز دیده می شود: 1. KATE & KATG که کاتالاز هستند وبرای فعالیت خود به آهن نیاز دارند. 2. KATN که برای فعالیت خود به Mn نیاز دارد. با این حال اگرچه KATN برای ایفای نقش در بیماریزایی آزمایش نشده است ولی یک ارتباط بین بیان ژن KATN و افزایش مقاومت به پراکسید در سالمونلا تیفی موریوم وجود دارد. تعدادی از نقشهای که Mn ممکن است در بیماریزایی بازی کند: 1. نقش در دفاع بر ضد استرس یا تنش های اکسایشی 2. نقش آن به عنوان کوفاکتور برای فعالیت آنزیم های دخیل در متابولیسم سلول و مسیر signaling 3. تاثیر آن در بیان ژن بیماریزایی کشتهایی از مایکوباکتریوم توبرکلوزیس حرارت داده شده در 68 درجه سانتی گراد به مدت 20 دقیقه قادر به تولید کاتالاز نمی باشند. غیر بیماریزا ها تحت اثر حرارت قرار نگرفته و به تولید کاتالاز ادامه می دهند. مشاهده شده است که گونه های بیماریزای مایکوباکتریوم توانایی تولید کاتالاز را ندارند و هم چنین به ایزونیازید مقاوم هستند. توالی کد کننده کاتالاز توسط یک پروتئین 486 اسیدآمینه ای کد می شود.ژن کاتالاز با کدون TTG که 987 کدون بوده شروع شده و با TAA که 2445 کدون می باشد به پایان می رسد. اشرشیا کلای دارای 2 نوع آنزیم کاتالاز بوده که به نام های زیر می باشد : HPI &HPII که اولی 81 کیلودالتون بوده و دومی 93 کیلو دالتون که اولی تترامر و دومی هگزامر می باشد و هردو توسط ژن KATG کد می شود. ژن KATE که کد کننده آنزیم کاتالاز در باکتری Bacillus Megaterium می باشد. تست کاتالاز: اصول کار: آنزیم کاتالاز پراکسید هیدروژن را به آب و اکسیژن می شکند اگر مقادیر کمی از ارگانیسم های تولید کننده این آنزیم را با آب اکسیژنه مجاور نمایند بلافاصله حباب های اکسیژن آزاد می شوند. روش انجام آزمایش: با استفاده از لوپ ویا یک تکه چوب مقدار کمی از کشت خالص را به سطح لام خشک و تمیز منتقل می کنیم . بلافاصله یک قطره از پراکسید هیدروژن 3% را بر روی بخشی از کلنی های سطح لام می ریزیم .از نظر آزاد شدن حباب های گاز بررسی می کنیم. آزاد شدن حبابهای گاز نشان دهنده وجود آنزیم کاتالاز در میکروارگانیسم است که آب اکسیژنه را به آب و اکسیژن شکسته می شود. استافیلوکوک ها کاتالاز مثبت هستند و مقدار زیادی حباب های گاز اکسیژن تولید می کنند و استرپتو کوک ها کاتالاز منفی می باشند و هیچ حباب گازی را تولید نمی کنند. توصیه می شود که تست کاتالاز بر روی کلنی هایی انجام شود که در محیط های فاقد خون رشد کرده باشند گلبول های قرمز مقداری آنزیم کاتالاز دارند که واکنش ضعیفی را در تست کاتالاز مقداری از محیط آگار حاوی گلبول قرمز را در نقطه مجزایی از سطح لام می گذارند و آب اکسیژنه را به آن اضافه می کنند. اگر واکنش تست کاتالاز به طور قابل توجهی قوی تر از واکنش در محل آگار حاوی گلبول قرمز باشد تست کاتالاز مثبت در نظر گرفته می شود.

آنزیم کاتالاز و انواع آن

مطالب مشابه :

صفات بیوشیمیایی آنتروباكترياسه ها

معرفی خانواده انتروباکتریاسه enterobacteriacea

محیط های کشت افتراقی

محیط های کشت افتراقی

پروتئوس(انتروباکتریاسه)

عفونتهای مجاری ادراری و تشخیص آنها

تشخیص آزمایشگاهی عفونت دستگاه گوارش

همه چیز درباره شیگلا

آنزیم کاتالاز و انواع آن