过氧化氢酶和过氧化物酶

10．1．2　过氧化氢酶和过氧化物酶

过氧化氢酶和过氧化物酶都可清除生物体内产生的H₂O₂。其不同之处是前者催化H₂O₂分解为H₂O与O₂；而后者催化H₂O₂氧化其他底物（以SH₂表示）后才产生H₂O。这两种酶的催化反应式如下：

1811年Thenard首先发现动植物组织可分解H₂O₂，产生O₂。Schonberin也观察到这种现象，他认为在反应中酶起到关键作用。后来Woff与Stoecklin以及其他一些学者相继提纯了这种酶——过氧化氢酶。1937年Summer与Dounce得到了牛肝过氧化物酶的结晶。

需氧的微生物或其他低等生物如日本甲虫芽孢杆菌、肺炎支原体、绿藻、蓝绿藻以及肝吸虫等寄生蠕虫中均有过氧化氢酶存在，但少数好氧菌如过氧化醋杆菌却缺乏该酶。少数厌氧菌如谢氏丙酸杆菌中虽有过氧化氢酶存在，在大多数厌氧菌中却无过氧化氢酶。该酶存在于绿色植物，而且亦存在于动物的主要组织。后者中酶含量以肝与红细胞最多，脑、心与骨骼肌最少。

10．1．2．1　分子结构与理化性质

大多数来源不一的过氧化氢酶系由相对分子质量为65　000～80　000的亚基所组成。关于亚基数，许多学者的意见不一致，但用SDS处理法测出亚基数为4，每个亚基均有一个Fe（Ⅲ）_－原卟啉作为辅基，后者连接到酶活性部位。结晶的牛肝与红细胞过氧化氢酶中氨基酸组成颇为类似（见表10－1）。

表10－1　过氧化氢酶的氨基酸残基组成（%总氨基酸残基）

过氧化氢酶的沉降速度常数（S₂₀，W）为（11．1～11．8）×10^－13，扩散常数（D₂₀，W）为（4．1～4．5）×10^－7。相对分子质量为225　000～269　000（见表10－2），部分比容为（0．73～0．74）。经计算颗粒半径为0．052nm。这些结果可以说明过氧化氢酶为略微水化结构紧密的球蛋白。

表10－2　过氧化氢酶的S₂₀，D₂₀及相对分子质量

过氧化氢酶中—SH基在维持酶的分子结构与结合辅基方面均起重要作用。Samejima与Yang报道，经酸变性处理测出过氧化氢酶有16个—SH基。Abe等认为，—S—S—基亦为维持酶的分子结构所必需。

Nakatani指出，过氧化氢酶分子中95个组氨酸残基中有10～19个处于分子内部，可能参加酶蛋白的某些阴离子基团的盐键和；当外加实验条件如光氧化造成酶失活时，组氨酸残基亦相应破坏。

过氧化氢酶的浓溶液或1∶300　000溶液在冰盒中能保持1个月，但更稀溶液即使在冷处放置并且避光保存，也会迅速丧失活性。

过氧化氢酶可催化H₂O₂分解为H₂O与O₂，但其反应机理比较复杂。一般认为在催化过程中有化合物Ⅰ的产生。所谓化合物Ⅰ就是过氧化物酶与H₂O₂结合的复合物。关于化合物Ⅰ的构造至今还不清楚。原来的过氧化氢酶中辅基的Fe为三价，但与H₂O₂结合成化合物Ⅰ后，则铁氧化成五价。由于血红素环中电荷非区域化，难于确定其真实的分子结构。

过氧化氢酶有特殊的紫外与可见光吸收光谱，如在404～406nm处有明显的吸收峰，即所谓的Soret带。但它与H₂O₂形成化合物Ⅰ后，吸收光谱有明显改变。催化反应完毕后酶的吸收光谱可恢复原状。整个酶反应式简示如下：

过氧化氢酶也可催化某些氢供体，如抗坏血酸、亚铁氰化物、苯酚、醇、甲酸、亚硝酸盐、叠氮化物、羟胺，其反应示意如下。

（注：D₁＝抗坏血酸或亚铁氰化物，D₂＝苯酚，D₃＝醇或甲酸盐，D₄＝亚硝酸钠，D₅＝叠氮化物或羟胺，D₆＝过氧化氢）

化合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的结构与理化性质都不同，如其吸收光谱中最大吸收峰为：化合物Ⅰ，670nm、570nm、535nm与405nm；化合物Ⅱ，568nm～575nm、535nm与420nm；化合物Ⅲ，585nm～545nm与422nm。

10．1．2．2　主要生理作用

（1）在红细胞中过氧化氢酶可以氧化血红蛋白成为高铁血红蛋白，但由于过氧化氢酶清除了H₂O₂，遂不发生这样的反应。

（2）在微体中，尿酸酶、D－氨基酸氧化酶、黄嘌呤氧化酶、α－羟酸氧化酶的反应都可产生H₂O₂，但可被H₂O₂及时清除。