أنهيدراز كربوني

يُعرف الإنزيم بأنه مادة تعمل كمحفز في الكائنات الحية مما يساعد على تسريع التفاعلات الكيميائية[5].

الأنهيدراز الكربوني هو أحد الإنزيمات المهمة التي توجد في خلايا الدم الحمراء، والغشاء المخاطي في المعدة، وخلايا البنكرياس، وحتى الأنابيب الكلوية. هو إنزيم قديم جدًا تم اكتشافه عام 1932 وتم تقسيمه إلى ثلاث فئات عامة. الصنف الأول هو أنهيدراز كربوني ألفا الموجود في الثدييات، والفئة الثانية هي أنهيدراز كربوني بيتا الموجود في البكتيريا والنباتات، وأخيرًا الفئة الثالثة وهي أنهيدراز كربوني جاما الذي يوجد في بكتيريا الميثانوجين في الينابيع الساخنة[6]. تحتوي جميع الفئات الثلاث من الأنهيدراز الكربوني على نفس الموقع النشط مع مركز معدن الزنك، إلا أنها ليست متشابهة مع بعضها البعض من الناحية الهيكلية . يتمثل الدور الرئيسي للأنهيدراز الكربوني في البشر في تحفيز تحويل ثاني أكسيد الكربون إلى حمض الكربونيك والعودة مرة أخرى. ومع ذلك يمكن أن يساعد أيضًا في نقل ثاني أكسيد الكربون في الدم والذي بدوره يساعد على التنفس. يمكن أن يعمل حتى في تكوين حمض الهيدروكلوريك في المعدة[5]. لذلك يعتمد دور الأنهيدراز الكربوني على مكان وجوده في الجسم.

التفاعل الذي يظهر تحفيز الأنهيدراز الكربوني في أنسجتنا هو ⁻CO₂ + H₂O⇒  H₂CO₃ ⇒ H⁺ + HCO₃.

يظهر تحفيز الأنهيدراز الكربوني في الرئتين من خلال: H⁺ + HCO₃⁻ ⇒H₂CO₃ ⇒ CO₂ + H₂O .

يرجع سبب حدوث التفاعلات في اتجاهين متعاكسين للأنسجة والرئتين إلى اختلاف مستويات الأس الهيدروجيني الموجودة فيهما. بدون الأنهيدراز الكربوني المُحفز يكون التفاعل بطيئًا جدًا، ولكن مع المحفز يكون التفاعل أسرع بـ 10⁷ مرات.

التفاعل المحفز بواسطة الأنهيدراز الكربوني هو: HCO₃⁻ + H⁺ ⇔ CO₂ + H₂O .

الأنهيدراز الكربوني هو أحد أسرع الإنزيمات، وعادةً ما يكون معدله محدودًا بمعدل انتشار ركائزه. تتراوح المعدلات التحفيزية النموذجية للأشكال المختلفة لهذا الإنزيم بين 10⁴ و 10⁶ تفاعلات في الثانية.

يكون التفاعل العكسي غير المحفز بطيئًا نسبيًا (حركية في نطاق 15 ثانية). هذا هو السبب في أن المشروبات الغازية لا تطرد الغاز على الفور عند فتح الحاوية ؛ ومع ذلك فإنها سوف تطرد الغاز بسرعة في الفم عندما تتلامس مع الأنهيدراز الكربوني الموجود في اللعاب.

يُعرَّف الأنهيدراز بأنه إنزيم يحفز إزالة جزيء ماء من المركب، ولذا فإن هذا التفاعل "العكسي" هو الذي يعطي الأنهيدراز الكربوني اسمه لأنه يزيل جزيء الماء من حمض الكربونيك.

في الرئتين يحول الأنهيدراز الكربوني البيكربونات إلى ثاني أكسيد الكربون المناسب للزفير.

يتم تنسيق مجموعة الزنك الضميمية في الإنزيم في ثلاثة أوضاع بواسطة سلاسل جانبية من الهيستيدين. يشغل الماء منصب التنسيق الرابع. يوجد هيستيدين رابع قريب من جزيء الماء الترابطي، مما يسهل تكوين مركز Zn-OH الذي يرتبط بثاني أكسيد الكربون ليعطي بيكربونات الزنك. يتميز الموقع النشط أيضًا بتجويف مناسب لثاني أكسيد الكربون، مما يجعله قريبًا من مجموعة الهيدروكسيد.

توجد عدة أشكال من الأنهيدراز الكربوني في الطبيعة. في أفضل شكل مدروس لأنهيدراز كربوني ألفا والموجود في الحيوانات، يتم تنسيق أيون الزنك بواسطة حلقات إيميدازول المكونة من 3 بقايا هيستيدين ، هيس94، هيس96، وهيس119.

تتمثل الوظيفة الأساسية للإنزيم في الحيوانات في تحويل ثنائي أكسيد الكربون والبيكربونات للحفاظ على الاستتباب الحمضي القاعدي في الدم والأنسجة الأخرى، وللمساعدة في نقل ثاني أكسيد الكربون من الأنسجة.

هناك ما لا يقل عن 14 شكلًا مختلفًا من الأشكال الأيسوميرية في الثدييات. تحتوي النباتات على شكل مختلف يسمى أنهيدراز كربوني بيتا، والذي يعتبرمن وجهة نظر تطورية إنزيمًا متميزًا، ولكنه يشارك في نفس التفاعل ويستخدم أيضًا أيون الزنك في موقعه النشط. في النباتات يساعد الأنهيدراز الكربوني على رفع تركيز ثاني أكسيد الكربون داخل البلاستيدات الخضراء من أجل زيادة معدل كرسلة (إضافة زمرة كربوكسيل) إنزيم روبيسكو. هذا هو التفاعل الذي يدمج ثاني أكسيد الكربون في سكريات الكربون العضوية أثناء عملية التمثيل الضوئي ، ويمكن أن يستخدم الكربون فقط في شكل ثاني أكسيد الكربون ليس حمض الكربونيك أو البيكربونات.

مراجع

في كومنز صور وملفات عن: أنهيدراز كربوني

• بوابة علم الأحياء
• بوابة علم الأحياء الخلوي والجزيئي
• بوابة الكيمياء الحيوية