カタラーゼ-ペルオキシダーゼ

カタラーゼ-ペルオキシダーゼ（系統的にはドナー：過酸化水素酸化還元酵素と呼ばれる）は、カタラーゼ型反応とペルオキシダーゼ型反応の両方を触媒できる二機能性酵素である。その主な役割は酸化ストレス防御にある。

カタラーゼ-ペルオキシダーゼは2種類の反応を促進する：カタラーゼ型反応：

2 H ₂ O ₂ ⇌ O ₂ + 2 H ₂ O

反応性の高い過酸化水素が水と酸素に変換される。

 そしてペルオキシダーゼ型の反応：

ドナー + H₂O₂ ⇌_{酸化ドナー}+ 2 _H₂O

これらの反応は複数の段階を経て進行する。触媒反応と過酸化物反応はどちらも同じ初期段階を必要とする。

1) カタラーゼ-ペルオキシダーゼ (ポルフィリン-Fe ^III ) + H ₂ O ₂ → 化合物 I (ポルフィリン⁺ -Fe ^IV =O) + H ₂ O

ここでは、CP に関連するポルフィリンの三価鉄 (Fe³⁺)が過酸化水素の開裂によって酸化され、オキシフェリル (Fe ⁴⁺ ) 中間体である化合物 I が形成される^{[ 1 ] [ 2 ]}

触媒反応は以下のように進行する。

2) 化合物I + H₂O₂ _{→カタラーゼ-ペルオキシダーゼ（} ポルフィリン-Fe ^III）+ _{H₂O +} O₂

これは、2つ目の過酸化水素分子を使用して化合物Iを還元し、CPを活性状態に戻す。^{[ 1 ] [ 2 ]}

次に過酸化物反応が起こる。

3) 化合物I + 電子供与体 → 化合物II (ポルフィリン- -Fe ^IV =OH) + 酸化された供与体

4) 化合物II + 電子供与体 → カタラーゼ-ペルオキシダーゼ（ポルフィリン-Fe ^III） + 酸化された供与体

そのため、酵素をまず第二中間体である化合物IIに戻し、その後、低過酸化水素条件下で活性状態に戻すには、（過酸化水素以外の）代替電子供与体の添加が必要となる。^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

一部の生物ではNADHが過酸化物反応における電子供与体として使用されることがあるが、カタラーゼ-ペルオキシダーゼはNADHの酸化を触媒する役割も担っていることが報告されている（ただし、他の反応ほど有利ではない）。

NADH + O ₂ + H → NAD ⁺ + H ₂ O ₂

または NADH + 2O ₂ → NAD ⁺⁺ 2O ₂ ^{[ 6 ]}

カタラーゼ-ペルオキシダーゼは、細菌、真菌、そして最近では渦鞭毛藻類で発見されている。

結核菌CP（ mtCP ）酵素は、抗生物質イソニアジド（INH）の活性化における役割のため、最も広く研究されているカタラーゼ-ペルオキシダーゼです。この薬剤は、結核菌の細胞壁合成を阻害することにより、ヒトの結核を治療するために開発されました。INH は不活性型で投与され、結核菌特異的酵素mtCPの酸化能力によってのみ活性型に変換されます。 ^{[ 4 ]}

CPは、細菌であるBurkholderia pseudomallei ^{[ 7 ]} 、Escherichia coli ^{[ 7 ]}でも広く報告されており 、その他多くの細菌でも見つかっています。

真核渦鞭毛藻（例：Symbiodinium sp.）におけるカタラーゼ-ペルオキシダーゼの発見は、これらの酵素がこれまで原核生物と真菌に限定されていると考えられていたため、新しい発見である。これは、渦鞭毛藻がkatG遺伝子を持つ細菌を取り込み、その後特定の種で機能的に存続した水平遺伝子伝達または細胞内共生事象によって生じた可能性があると仮説が立てられている。^{[ 8 ]}

カタラーゼ-ペルオキシダーゼは通常、同一の約80 kDaのサブユニットからなるホモ二量体またはホモ四量体を形成する。^{[ 1 ]}これらのサブユニットは疎水性残基（特にチロシンとトリプトファン）を介して相互作用し、サブユニットの会合を強化する特徴的なメチオニン-チロシン-トリプトファン共有架橋によって安定化される。

各モノマーは、主にαヘリックス構造からなる2つのドメインで構成されている。

• N末端ドメインには活性部位とヘムb補欠分子族が存在する。
• C末端ドメインは構造安定性と二量体化に寄与する。^{[ 1 ] [ 3 ] [ 9 ]}

2つの顕著な構造ループ、LL1とLL2は、カタラーゼペルオキシダーゼの特徴である。LL1は、保存されたアミノ酸モチーフであるMet–Gly–Leu–Ile–Tyr–Val–Asn–Pro–Glu–Glyによって安定化されている。^{[ 9 ]}

• 米国国立医学図書館の医学主題見出し（MeSH）におけるカタラーゼ・ペルオキシダーゼ