Peroxidase, Summenformel NULL, CAS 9003-99-0, Es ist ein Markerenzym von Peroxisomen und eine Art Oxidoreduktase, die viele Reaktionen katalysieren kann. Peroxidas ist ein Enzym, das die Substratoxidation unter Verwendung von Wasserstoffperoxid als Elektronenakzeptor katalysiert. Es kommt hauptsächlich in den Peroxisomen des Trägers vor, mit Eisenporphyrin als sekundärer Gruppe, die Wasserstoffperoxid katalysieren, Phenol- und Aminverbindungen sowie Kohlenwasserstoffoxidationsprodukte oxidieren kann und eine doppelte Wirkung hat, nämlich die Beseitigung der Toxizität von Wasserstoffperoxid und Phenol-, Amin-, Aldehyd- und Benzolverbindungen. Peroxidas ist eine Art Oxidoreduktase.
Dieses Enzym ist in Körperflüssigkeiten oder Zellen wie Milch, weißen Blutkörperchen und Blutplättchen verteilt und verfügt auch über Häm als Cofaktor. Es katalysiert die Oxidation von Substraten mit H2O2 als Elektronenakzeptor. Es katalysiert die direkte Oxidation von Phenol- oder Aminverbindungen durch H2O2, wie z. B. Glutathionperoxiden, Eosinophilenperoxiden und Schilddrüsenperoxiden, und hat eine doppelte Wirkung bei der Beseitigung der Toxizität von Wasserstoffperoxid und phenolischen Aminen.
Mittleres Enzym
(1) Tiere
Peroxisomen sind an der Beta-Oxidation von Fettsäuren bei Tieren beteiligt (ein weiteres Organell sind Mitochondrien), und die Konzentration von Peroxisomen in Rattenleberzellen erhöhte sich nach der Einnahme von Jiangzhi Ling um das Zehnfache. Darüber hinaus haben Peroxisomen auch eine entgiftende Wirkung, da Catalse mit H2O2 Schadstoffe wie Phenole, Formaldehyd, Ameisensäure und Alkohole oxidieren kann. Ein Viertel des aufgenommenen Alkohols wird in Peroxisomen zu Acetaldehyd oxidiert.
(2) Pflanzen
Zu den Peroxisomen in Pflanzen zählen vor allem:
① Nehmen Sie an der Photoatmung teil und oxidieren Sie das Nebenprodukt der Photosynthese, Glykolsäure, zu Acetaldehyd und Wasserstoffperoxid.
② In keimenden Samen findet eine --Oxidation von Fett statt, um Acetyl-CoA zu erzeugen, das durch Isocitrat im Glyoxylatzyklus in Essigsäure und Bernsteinsäure zerlegt wird. Anschließend wird es dem Tricarbonsäurezyklus hinzugefügt, der auch als Glyoxysom bezeichnet wird, da es sich um den Glyoxylatzyklus handelt.
Biologische Funktionen
Reaktive Sauerstoffspezies abfangen und oxidativen Stress regulieren
Beseitigung von überschüssigem intrazellulärem Wasserstoffperoxid
Peroxidase(POD) stellt eine der wichtigsten antioxidativen Enzymfamilien in lebenden Organismen dar und ist in lebensfähigen Zellen von Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen weit verbreitet. Sein Hauptsubstrat ist Wasserstoffperoxid (H₂O₂). Durch die spezifische Katalyse von Redoxreaktionen zersetzt POD überschüssiges H₂O₂, das durch den Zellstoffwechsel entsteht, in Wasser und Sauerstoff und beseitigt so seine Zytotoxizität. Unter physiologischen Bedingungen werden über die mitochondriale Atmung, den Lipidstoffwechsel, photochemische Reaktionen und andere Wege kontinuierlich niedrige Konzentrationen reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) produziert, um die zelluläre Signalübertragung im Steady-State aufrechtzuerhalten.
Bei abiotischem Stress oder Stoffwechselstörungen löst jedoch eine massive H₂O₂-Anreicherung Schäden durch oxidativen Stress aus. POD arbeitet mit Superoxiddismutase und Katalase zusammen, um das antioxidative Abwehrsystem des Organismus zu bilden, indem es die intrazellulären ROS-Konzentrationen präzise abstimmt, um Verletzungen wie Proteindenaturierung, DNA-Strangbrüche und Membranlipidperoxidation, die durch überschüssiges H₂O₂ hervorgerufen werden, abzuwenden und den normalen Zellstoffwechsel aufrechtzuerhalten. Im Vergleich zur Katalase weist POD eine höhere katalytische Effizienz gegenüber niedrig konzentriertem H₂O₂ auf. Es entfernt effektiv Spuren von ROS, die sich in der zellulären Mikroumgebung ansammeln, und dient als zentrales Enzym für den antioxidativen Schutz der Basalzellen.
Minderung oxidativer Schäden durch biotischen und abiotischen Stress
Unter Stressbedingungen wird die antioxidative Kapazität von POD deutlich aktiviert und bildet einen zentralen Reaktionsmechanismus gegen äußere Schäden.
In Pflanzen stören abiotische Belastungen wie Dürre, Salzgehalt, extreme Temperaturen und Schwermetalltoxizität direkt die metabolische Homöostase in Chloroplasten und Mitochondrien und lösen eine explosionsartige Anreicherung von ROS aus. Als Reaktion darauf steigt die POD-Aktivität der Pflanze erheblich an. Durch das effiziente Abfangen überschüssiger ROS erhält POD die Membranintegrität aufrecht, reduziert den Pigmentabbau und Stoffwechselstörungen und erhöht die Stresstoleranz.
Bei biotischem Stress wie einer Infektion mit Krankheitserregern und Pflanzenfressern entsteht an Infektionsstellen oxidativer Stress. POD stellt die lokale Redoxhomöostase schnell wieder her: Es verringert die durch ROS-vermittelte Schädigung von Wirtszellen und ist durch die moderate Modulation der ROS-Spiegel am lokalisierten programmierten Zelltod beteiligt, um die Ausbreitung von Krankheitserregern einzuschränken. Bei Tieren und Mikroorganismen wirkt POD oxidativem Stress entgegen, der durch exogene Toxine, Entzündungen und Strahlung hervorgerufen wird, dämmt die Ansammlung pro-inflammatorischer Faktoren ein, senkt die Apoptoseraten und erhält die normale physiologische Funktion von Geweben und Organen aufrecht.
Beteiligung am biologischen Stoffwechsel und der Regulierung der Biosynthese
Regulierung des pflanzlichen Sekundärstoffwechsels
POD ist maßgeblich an der Synthese und Umwandlung pflanzlicher Sekundärmetaboliten beteiligt, darunter Polyphenole, Lignin und Alkaloide, und fungiert als wichtiges regulatorisches Enzym innerhalb pflanzlicher Sekundärstoffwechselnetzwerke. Lignin, ein wichtiger Strukturbestandteil pflanzlicher Zellwände, der die mechanische Festigkeit und Stressresistenz steuert, wird durch oxidative Polymerisation von Monolignolen gebildet, die durch POD katalysiert wird. POD vermittelt die oxidative Vernetzung von Monomeren wie p-Cumarylalkohol, Coniferylalkohol und Sinapylalkohol, um makromolekulares Lignin aufzubauen, die Zellwandverholzung zu fördern und die mechanische Unterstützung des Stammes, die Krankheitsresistenz und die Lagerungstoleranz zu verbessern.
Parallel dazu treibt POD den oxidativen Metabolismus pflanzlicher Phenole an, indem es Phenole in Chinone umwandelt, die über ein breites antimikrobielles Wirkungsspektrum verfügen und die Vermehrung von Krankheitserregern unterdrücken, um die angeborene Immunität der Pflanze zu stärken. Darüber hinaus moduliert POD die Biosynthese und Akkumulation antioxidativer Sekundärmetaboliten wie Anthocyane und Flavonoide und schützt Pflanzen so vor ultravioletter Strahlung. Es ist auch an der Bildung von Blüten- und Fruchtpigmenten beteiligt und beeinflusst dadurch das Pflanzenwachstum, die Entwicklung und die phänotypischen Merkmale.
Aufrechterhaltung der metabolischen Homöostase bei Tieren
Bei Tieren sind Mitglieder derPeroxidaseFamilie modulieren verschiedene Stoffwechselwege, um das systemische Stoffwechselgleichgewicht aufrechtzuerhalten.
Schilddrüsen-POD fungiert als geschwindigkeitsbegrenzendes Enzym für die Schilddrüsenhormonsynthese: Es katalysiert die Jodidoxidation, die Tyrosin-Jodierung und die Kopplung von Tyrosinresten, um die Produktion von Thyroxin und Trijodthyronin zu erleichtern, und reguliert direkt den Stoffwechsel, das Wachstum und die Nervenentwicklung des gesamten Körpers.
Myeloperoxidase ist überwiegend in Neutrophilen lokalisiert. Über die antioxidative Wirkung hinaus katalysiert es die Chloridoxidation zu Hypochlorit und unterstützt so die Abtötung von Mikroben durch das angeborene Immunsystem. Es vermittelt auch die oxidative Modifikation von Lipiden und Proteinen, um den Lipid- und Entzündungsstoffwechsel zu regulieren. Darüber hinaus steuert Glutathion POD gemeinsam den Lipidstoffwechsel, dämpft die Oxidation von Lipoproteinen niedriger Dichte, lindert Schäden durch Lipidperoxidation, schützt das Herz-Kreislauf-System und erhält die metabolische Homöostase aufrecht.
Regulierung von Wachstum, Entwicklung und Zelldifferenzierung
Modulation des Pflanzenwachstums und des Entwicklungsfortschritts
Durch die Regulierung der ROS-Signalübertragung und des Hormonstoffwechsels koordiniert POD den gesamten Pflanzenlebenszyklus, einschließlich Samenkeimung, Wurzelentwicklung und Organalterung. Während der Samenkeimung fängt POD die während der Keimruhe angesammelten ROS ab, unterbricht die Keimruhe, stellt die embryonale Stoffwechselaktivität wieder her und beschleunigt die Keimung. Bei der Wurzelentwicklung erhält POD die Redoxhomöostase in den Wurzelspitzenzellen aufrecht, um die Zellteilung und -verlängerung zu fördern, die primäre Wurzelverlängerung und die seitliche Wurzelinitiierung zu erleichtern und die Wasser- und Nährstoffaufnahme zu verbessern.
Dynamische Verschiebungen der POD-Aktivität bestimmen die Seneszenzraten. Eine erhöhte POD-Aktivität während des vegetativen Wachstums verzögert die Alterung der Blätter und erhält die Photosynthesekapazität aufrecht; Eine moderate Herunterregulierung der POD-Aktivität in späteren Entwicklungsstadien geht mit einem Stoffwechselrückgang einher und ermöglicht die Remobilisierung von Nährstoffen. POD trägt auch zur Kallusdifferenzierung und Wundheilung bei, indem es die Redox-Mikroumgebung an Verletzungsstellen optimiert, um die Zellregeneration und Gewebereparatur zu unterstützen.
Ausgleich der Proliferation und Apoptose tierischer Zellen
Bei Tieren steuert POD präzise die Intensität des intrazellulären ROS-Signals, um den Zeitpunkt der Zellproliferation, -differenzierung und -apoptose zu steuern.
Moderate ROS fungiert als proliferatives Signal; POD hält die ROS innerhalb eines physiologisch optimalen Fensters, um sowohl einen durch unzureichende ROS verursachten Stoffwechselstillstand als auch eine durch übermäßige ROS ausgelöste Apoptose zu vermeiden. Während der Embryogenese reguliert die geordnete Expression von POD-Isoformen die Differenzierung embryonaler Zellen und sorgt für eine ordnungsgemäße Organogenese.
In erwachsenen Geweben moduliert POD die Proliferation und Differenzierung von Stammzellen, um den homöostatischen Gewebeumsatz aufrechtzuerhalten und die Reparatur von beschädigtem Gewebe zu unterstützen. Eine fehlerhafte POD-Expression oder eine gestörte Aktivität stört die ROS-Homöostase, was zu abnormaler Proliferation, übermäßiger Apoptose und Folgestörungen wie Entzündungen, degenerativen Erkrankungen und Tumoren führt. Dies unterstreicht seine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Entwicklungsstabilität.
Peroxidasestellen eine Familie von Redoxenzymen dar, die Wasserstoffperoxid als Substrat verwenden und häufig in Bioassays, Umweltsanierung, industrieller Katalyse und anderen Bereichen eingesetzt werden. Ihre Produktion gliedert sich hauptsächlich in natürliche biologische Extraktion und rekombinante Biosynthese, die derzeit die vorherrschenden Wege zur Gewinnung von POD mit hoher -Aktivität darstellen.
I. Gewinnung aus natürlichen Rohstoffen
Bei dieser Methode werden natürliche Organismen, die reich an POD sind, als Ausgangsmaterial verwendet, wobei die Zubereitung von Meerrettich-POD das typischste Beispiel ist. Frische Meerrettichwurzeln werden zunächst aufgeschlossen und mit wässriger Lösung extrahiert; Pflanzenreste und Verunreinigungen werden durch Zentrifugieren entfernt, um rohe Enzymflüssigkeit zu erhalten.
Zur Reinigung wird dann die fraktionierte Ultrafiltration angewendet: Ultrafiltrationsmembranen mit einem Molekulargewichtsgrenzwert von 70–100 kDa trennen verunreinigende Proteine mit hohem Molekulargewicht. Anschließend erfolgt die Konzentration der Enzymlösung durch 1–30 kDa-Membranen, um kleine Molekülverunreinigungen und Wasser zu entfernen.
Die Dehydrierung bei niedriger-Temperatur ergibt schließlich natürliches POD mit relativ hoher Reinheit. Dieses Verfahren ist einfach und kostengünstig, allerdings schwanken Enzymaktivität und Reinheit erheblich und die Produktion wird durch die Verfügbarkeit der Rohstoffe begrenzt.
II. Mikrobielle rekombinante Biosynthese
Die rekombinante Biosynthese ist die Kerntechnologie für die industrielle Massenproduktion von POD mit hoher{0}}Aktivität. Häufige Expressionswirte sind Escherichia coli und Pichia pastoris.
Der Arbeitsablauf beginnt mit der Genoptimierung, um das für den Wirt optimierte Ziel-POD-Gencodon-zu synthetisieren; Das Gen wird in einen Expressionsvektor ligiert und in Wirtszellen transformiert. Anschließend werden die Kultivierungsparameter kontrolliert: Eine Fed-Batch-Kultur erhöht die Biomasse und eine Begrenzung der Kohlenstoff-Quelle löst die Expression des Enzymgens aus.
Nach der Fermentation werden Zelllyse, chromatographische Reinigung und Rückfaltungsmodifikation durchgeführt, wobei Cofaktoren wie Häm und Calciumionen ergänzt werden, um die räumliche Konformation und katalytische Aktivität des Enzyms aufrechtzuerhalten.
Dieser Ansatz überwindet die Nachteile der natürlichen Extraktion, liefert Produkte mit hoher Reinheit und stabiler Aktivität und ermöglicht gleichzeitig die Herstellung in großem Maßstab. Es ist derzeit die vorherrschende Herstellungsmethode für Forschung und industrielle Anwendungen.
FAQ
Welche Funktion hat Peroxidase?
Peroxidasen sind eine Gruppe von Enzymenkatalysieren die Oxidation eines Substrats durch Wasserstoffperoxid oder ein organisches Peroxid. Die meisten Peroxidasen sind Eisen-Häm-Proteine – eine bemerkenswerte Ausnahme ist die Glutathionperoxidase, bei der es sich um ein selenhaltiges Enzym handelt.
Was bedeutet eine hohe Peroxidase?
Antikörper gegen Schilddrüsenperoxidase (TPO).
Wenn Sie positiv auf TPO-Antikörper getestet werden (eine hohe Menge haben), kann das bedeuten:Sie haben die Hashimoto-Krankheit(wenn Sie hohe TSH-Werte haben) Möglicherweise entwickeln Sie später im Leben eine Hypothyreose (wenn Ihre TSH-Werte derzeit normal oder nahezu normal sind).
Wozu dient ein Peroxidase-Test?
Ärzte verordnen Schilddrüsenperoxidase-Antikörpertests:zur Diagnose und Überwachung von Autoimmunerkrankungen der Schilddrüse, wie z. B. Hashimoto-Thyreoiditis und Morbus Basedow. zur Diagnose von Schilddrüsenerkrankungen wie Thyreoiditis (Schilddrüsenentzündung) oder Kropf (eine vergrößerte Schilddrüse)
Was ist der Unterschied zwischen Katalase und Peroxidase?
Beide Enzyme nutzen ein Molekül Wasserstoffperoxid, um ein hochvalentes Eisenzwischenprodukt namens Verbindung I (Cpd I) zu bilden. Allerdings, währendKatalase Cpd I oxidiert ein zweites H2O2Molekül zu Sauerstoff, Peroxidasen nutzen dieses Zwischenprodukt, um andere Substrate anstelle von H zu oxidieren2O2.
Was ist ein anderer Name für Peroxidase?
Peroxidasen bzwPeroxidreduktasen(EC-Zahl 1.11. 1. x) sind eine große Gruppe von Enzymen, die in verschiedenen biologischen Prozessen eine Rolle spielen. Sie sind nach der Tatsache benannt, dass sie häufig Peroxide spalten und sollten nicht mit anderen Enzymen verwechselt werden, die Peroxid produzieren, bei denen es sich häufig um Oxidasen handelt.
Wird in Elisa Peroxidase verwendet?
Meerrettichperoxidase wird häufig in verschiedenen diagnostischen Tests und Tests in den Bereichen Immunologie und Molekularbiologie verwendet. Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA):HRP wird als Nachweisenzym im ELISA verwendet, ein Test, der das Vorhandensein von Antikörpern oder Antigenen in einer Probe nachweist.
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