碳酸酐酶的作用是什么?

碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase)是一种帮助调节血液和其它动物器官酸碱度平衡和pH值的蛋白质。它的主要作用是把二氧化碳转变成输送到肺的重碳酸盐。从细菌到植物,大多数有机体都有这种蛋白质。它在医药领域也有一定应用,是多种药物的活性抑制剂。

二氧化碳是由有氧呼吸和脂肪分解产生的。它通过肺呼吸排出体外。全身产生的二氧化碳需要通过血液传输到肺部。它以多种形式转移,但以重碳酸盐为主。在重碳酸盐到达肺时,重新变回二氧化碳,因此能呼出体外。

碳酸酐酶以可逆反应形式(主要在红血细胞)将二氧化碳转变成重碳酸盐。这种反应自然发生,但速率要比身体需要的慢很多。作为一种酶,碳酸酐酶能明显加快这种反应速度。它是最快的酶之一。这种反应捕获细胞中的重碳酸盐,因为它不像二氧化碳一样扩散出细胞。

碳酸酐酶在其活性部位有一个锌分子,是金属酶的组成部分。这也是人类饮食需要锌的原因之一。这种碳酸酐酶机制涉及一个水分子绑定锌原子。OH组与CO2碳原子绑定,形成碳酸氢盐离子。跟着释放质子H+。

不同有机物中的碳酸酐酶数量各有差异。已知有五个独立的类。其中一类是至少由14种人们酶构成的α类。它们的特性取决于所处的分子隔间或组织。

许多形式是细胞外或膜结合。这对扩散细胞内二氧化碳和质子有促进作用。碳酸酐酶能通过增加质子活动破坏细胞内的酸碱度。这能帮助细胞保持恒定细胞pH值。细胞质子过多会干扰许多细胞反应。

碳酸酐酶的作用因不同组织而异。在胃中,它涉及胃酸分泌,同时保持唾液中性。它还影响眼睛和肾脏内细胞的含水量。如果这些部位的碳酸酐酶缺乏或不能适当工作,就会导致疾病。例如,如果眼睛积聚太多液体,会造成青光眼。

多种碳酸酐酶抑制剂被用于制药,主要是控制青光眼。最经常使用的抑制剂是乙酰唑胺(Acetazolamide)。它可以用于治疗癫痫和高原反应,以及其它疾病。

在植物中,源自空气的二氧化碳通过光合作用被转变成糖。多余二氧化碳以重碳酸盐形式存储在植物中。植物用碳酸酐酶将重碳酸盐重新转变成二氧化碳,并用于光合作用。