過氧化氫酶

過氧化氫(H2O2)即人們熟知的雙氧水，比水(H2O)多了一個氧原子(0),這個氧原子極不穩定，總想從別的物質分子中再奪取一個氧原子，形成O2。平時我們用雙氧水殺菌消毒，就是因為細菌遭到H2O2的破壞而死亡，消毒時起泡是產生氧氣的結果。然而，過氧化氫可穿透大部分細胞膜，因此它比超氧陰離子自由基(不能穿透細胞膜)具有更強的細胞毒性，穿透細胞膜后可與細胞內的鐵發生反應生成羥基自由基。過氧化氫酶(CAT)是抗氧化酵素系統的重要一員，又被稱為觸酶，是以鐵卟啉為輔基的結合酶。SOD酵素將氧自由基歧化後生成過氧化氫(H2O2)和氧氣(O2),過氧化氫在體內仍然是具有氧化劑毒性的物質，過氧化氫酶的作用就是促使過氧化氫分解為分子氧和水，使細胞免於遭受H2O2的毒害。CAT作用於過氧化氫的機理實質上是過氧化氫的岐化，必須有兩個H2O2分子先後與CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能發生反應。H2O2濃度越高，分解速度越快幾乎所有的生理機體，都存在過氧化氫酶。其普遍存在於能呼吸的生物體內，主要存在於植物的葉綠體、線粒體、內質網以及動物的肝和紅細胞中其酶促活性為機體提供了抗氧化防禦機理。過氧化氫酶的生物功能是在細胞中促進過氧化氫分解，使其不會進一步產生毒性很大的氫氧自由基，從而保護抗氧化酵素系統的功能作用，對於人體的生長發育和代謝活動亦具有重要意義。

閻世英編著，酵素決定健康，中國醫藥科技出版社,2015.12

過氧化氫酶存在於紅細胞及某些組織內的過氧化體中，它的主要作用就是催化H2O2分解為H2O與O2，使得H2O2不至於與O2在鐵螯合物作用下反應生成非常有害的-OH

過氧化氫酶的作用是使過氧化氫還原成水： 2H2O2=O2↑+ 2H2O

中文名稱：過氧化氫酶

英文別名:Fungal catalase; catalase from bovine liver; catalase F. bov. liv.,cryst.susp. in H2O; Catalase from microorganisms; catalse from bovine liver; catalase from human erythrocytes; catalase from dog liver; catalase from mouse liver; catalase from bison liver; Catalase (bovine liver); Catalase, Human Erythrocytes; Catalase Aspergillus niger; Catalase from Corynebacterium glutamicum; Catalase Micrococcus lysodeikticus; Catalase

CAS:9001-05-2

EINECS:232-577-1

EC 1.11.1.6

過氧化氫酶（CAT）是一種酶類清除劑，又稱為觸酶，是以鐵卟啉為輔基的結合酶。它可促使H2O2分解為分子氧和水，清除體內的過氧化氫，從而使細胞免於遭受H2O2的毒害，是生物防禦體系的關鍵酶之一。CAT作用於過氧化氫的機理實質上是H2O2的歧化，必須有兩個H2O2先後與CAT相遇且碰撞在活性中心上，才能發生反應。H2O2濃度越高，分解速度越快。

這是一種穩定的過氧化氫分解酶，能將過氧化氫分解成水和氧氣，而對纖維和染料沒有影響，因而漂白后染色前，通過H2O2 分解酶去除漂白織物上和染缸中殘留的過氧化氫，以避免纖維的進一步氧化和染色時染料的氧化。同時能縮短加工時間，減少水洗用水，降低廢水量。尤其對紗線、筒子紗和針織物更為適用。同樣，過氧化氫分解酶隨pH 值和溫度的改變，其活力隨之變化，在pH7 左右和30～40 ℃活性最大。過氧化氫濃度增大，會加快分解反應速度，但必須注意當濃度大於一定量時，酶的作用將減弱，這樣過多地殘留H2O2 對纖維和染料是不利的。所以不能因為有了H2O2 分解酶，就能任意地加大H2O2 的用量。使用時，通常要注意H2O2 分解酶對常用表面活性劑和H2O2 穩定劑的相容性，實際生產應用pH為6～8，溫度20～55 ℃，每用量5～10KCLU/ 升，時間10～20min。此技術已慢慢地被國內所認識和接受，它對提高活性染料色澤鮮艷度很有利。

幾乎所有的生物機體都存在過氧化氫酶。其普遍存在於能呼吸的生物體內，主要存在於植物的葉綠體、線粒體、內質網、動物的肝和紅細胞中，其酶促活性為機體提供了抗氧化防禦機理。

CAT是紅血素酶，不同的來源有不同的結構。在不同的組織中其活性水平高低不同。過氧化氫在肝臟中分解速度比在腦或心臟等器官快，就是因為肝中的CAT含量水平高。

雖然過氧化氫酶完整的催化機制還沒有完全被了解，但其催化過程被認為分為兩步：

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

H2O2 + O=Fe(IV)-E(.+) → H2O + Fe(III)-E + O2[12]

其中，“Fe()-E”表示結合在酶上的血紅素基團（E）的中心鐵原子（Fe）。Fe(IV)-E(.+）為Fe(V)-E的一種共振形式，即鐵原子並沒有完全氧化到+V價，而是從血紅素上接受了一些“支持電子”。因而，反應式中的血紅素也就表示為自由基陽離子（.+).

過氧化氫進入活性位點並與酶147位上的天冬醯胺殘基（Asn147）和74位上的組氨酸殘基（His74）相互作用，使得一個質子在氧原子間互相傳遞。自由的氧原子配位結合，生成水分子和Fe(IV)=O。Fe(IV)=O與第二個過氧化氫分子反應重新形成Fe(III)-E，並生成水分子和氧氣。[12]活性中心鐵原子的反應活性可能由於357位上酪氨酸殘基（Tyr357）的苯酚基側鏈的存在（幫助Fe(III）氧化為Fe(IV））而得以提高。反應的效率可能是通過His74和Asn147與反應中間體作用而得以提高。[12]該反應的速率通常可以通過米氏方程來確定。[2]

過氧化氫酶也能夠氧化其他一些細胞毒性物質，如甲醛、甲酸、苯酚和乙醇。這些氧化過程需要利用過氧化氫通過以下反應來完成：

H2O2 + H2R → 2H2O + R

同樣，具體的反應機制還不清楚。

任何重金屬離子（如硫酸銅中的銅離子）可以作為過氧化氫酶的非競爭性抑製劑。另外，劇毒性的氰化物是過氧化氫酶的競爭性抑製劑，可以緊密地結合到酶中的血紅素上，阻止酶的催化反應。

處於過氧化狀態的過氧化氫酶中間體的三維結構已經獲得解析，可以在蛋白質資料庫中檢索到。

進行中的過氧化氫酶檢測，可以觀察到氣泡。

過氧化氫酶檢測是微生物學家鑒定細菌種類的主要的三種檢測手段之一，即用過氧化氫來檢測過氧化氫酶是否存在。假如細菌中含有過氧化氫酶，則在過氧化氫溶液中加入少量細菌提取物就能觀察到氧氣氣泡生成。

有氣泡生成，則該菌被認為是呈“過氧化氫酶陽性”。如staphylococcus和micrococcus。沒有，則該菌被認為是呈“過氧化氫酶陰性”。如streptococcus和enterococcus。雖然過氧化氫酶檢測無法鑒定特定生物體，但與其他檢測方法結合，它可以有效地幫助診斷。

此外細菌中是否存在過氧化氫酶，還取決於細胞生長條件和所使用的培養基。

過氧化氫酶存在於所有已知的動物的各個組織中，特別在肝臟中以高濃度存在。在投彈手甲蟲（bombardier beetle）中，過氧化氫酶具有獨特用途。這種甲蟲具有兩套分開儲存於腺體中的化學物。大的腺體中儲存著對苯二酚和過氧化氫，而小的腺體中儲存著過氧化氫酶和辣根過氧化物酶。當甲蟲將兩個腺體中的化學物質混合在一起時，就會釋放出氧氣，而氧氣既可以氧化對苯二酚又可以作為助推劑。

過氧化氫酶也普遍存在於植物中，但不包括真菌，雖然有些真菌被發現在低pH值和溫暖的環境下能夠產生該酶。

絕大多數需氧微生物都含有過氧化氫酶[4]。例外包括Streptococcus，一種沒有過氧化氫酶的需氧細菌。部分厭氧微生物，如Methanosarcina barkeri，也含有過氧化氫酶。

過氧化氫酶在食品工業中被用於除去用於製造乳酪的牛奶中的過氧化氫。過氧化氫酶也被用於食品包裝，防止食物被氧化。在紡織工業中，過氧化氫酶被用於除去紡織物上的過氧化氫，以保證成品是不含過氧化物的。它還被用在隱形眼鏡的清潔上：眼鏡在含有過氧化氫的清潔劑中浸泡后，使用前再用過氧化氫酶除去殘留的過氧化氫。過氧化氫酶在美容液中的使用：一些面部護理中加入了該酶和過氧化氫，目的是增加表皮上層的細胞氧量。

過氧化氫酶在實驗室中還常常被用作了解酶對反應速率影響的工具。

過氧化氫是一種代謝過程中產生的廢物，它能夠對機體造成損害。為了避免這種損害，過氧化氫必須被快速地轉化為其他無害或毒性較小的物質。而過氧化氫酶就是常常被細胞用來催化過氧化氫分解的工具。

但過氧化氫酶真正的生物學重要性並不是如此簡單：研究者發現基因工程改造后的過氧化氫酶缺失的小鼠依然為正常表現型，這就表明過氧化氫酶只是在一些特定條件下才對動物是必不可少的。

一些人群體內的過氧化氫酶水平非常低，但也不顯示出明顯的病理反應。這很有可能是因為正常哺乳動物細胞內主要的過氧化氫清除劑是過氧化物還原酶（peroxiredoxin），而不是過氧化氫酶。

過氧化氫酶通常定位於一種被稱為過氧化物酶體的細胞器中。植物細胞中的過氧化物酶體參與了光呼吸（利用氧氣並生成二氧化碳）和共生性氮固定（將氮氣(N2）解離為活性氮原子）。

當細胞被病原體感染時，過氧化氫可以被用作一種有效的抗微生物試劑。部分病原體，如結核桿菌、嗜肺軍團菌和空腸彎麴菌，能夠生產過氧化氫酶以降解過氧化氫，使得它們能在宿主體內存活。

要說明的是用酶可促進漂白地進行，羊毛在含有蛋白酶Bactosol ST的過氧化氫漂液中漂白，可顯著提高羊毛的白度和親水性。這是由於酶促進羊毛纖維初始受到快速的浸蝕，致使羊毛漂白較易進行。從此原理出發，將蛋白酶對羊毛先預處理，使纖維表面裸露，再進行漂白，顯然效果更好，且纖維損傷也易控制。

作為一種物質，過氧化氫酶是在1811年被過氧化氫（H2O2）的發現者泰納爾（Louis Jacques Thénard）首次發現。1900年，Oscar Loew將這種能夠降解過氧化氫的酶命名為“catalase”，即過氧化氫酶，並發現這種酶存在於許多植物和動物中。1937年，詹姆斯·B·薩姆納將來自牛肝中的過氧化氫酶結晶，並在次年獲得了該酶的分子量。1969年，牛的過氧化氫酶的氨基酸序列得以解出。而後，1981年，其三維結構得以解析。

過氧化物酶體異常（peroxisomal disorder）過氧化物酶缺乏症（acatalasia）是由過氧化氫酶功能缺陷所造成的。