Hiilihappoanhydraasi on proteiini, joka auttaa säätelemään happo-emästasapainoa ja pH: ta veressä ja muissa eläinkudoksissa. Se tunnetaan pääasiassa roolistaan hiilidioksidin muuttamisessa bikarbonaatiksi, joka kuljetetaan keuhkoihin. Tämä proteiini on läsnä useimmissa organismeissa, bakteereista kasveihin. Se on myös farmaseuttisesti kiinnostava, koska useat lääkkeet ovat sen toiminnan estäjiä.
Hiilidioksidi (CO2) syntyy aerobisesta hengityksestä ja rasvojen hajoamisesta. Se poistuu kehosta uloshengittämällä keuhkoista. Kehossa tuotettu hiilidioksidi on kuljetettava veren läpi päästäkseen keuhkoihin. Sitä kuljetetaan useissa muodoissa, pääasiassa bikarbonaattina, HCO3-. Bikarbonaatti on CO2- ja siihen on liitetty OH-ryhmä. Kun bikarbonaatti saavuttaa keuhkot, se muuttuu takaisin hiilidioksidiksi, joten se voidaan hengittää ulos kehosta.
Hiilihappoanhydraasi muuttaa hiilidioksidin bikarbonaatiksi palautuvassa reaktiossa, pääasiassa punasoluissa. Tämä reaktio voi tapahtua spontaanisti, mutta nopeus on aivan liian hidas kehon tarpeisiin. Entsyyminä hiilihappoanhydraasi nopeuttaa reaktionopeutta dramaattisesti. Se on yksi nopeimmista tunnetuista entsyymeistä. Tämä reaktio vangitsee bikarbonaatin soluihin, koska se ei voi diffundoitua sisään ja ulos soluista kuten hiilidioksidi.
Hiilihappoanhydraasin aktiivisessa kohdassa on sinkkimolekyyli ja se on osa entsyymiluokkaa, joka tunnetaan metalloentsyymeinä. Tämä on osa syytä, miksi ihmiset tarvitsevat sinkkiä ruokavaliossaan. Hiilihappoanhydraasimekanismiin kuuluu vesimolekyyli, joka sitoutuu sinkkiatomiin. OH -ryhmä sitoutuu sitten hiilidioksidin hiiliatomiin, mikä johtaa bikarbonaatti -ioniin. Tätä seuraa H+: n, protonin, vapautuminen.
Eri organismeissa on useita erilaisia hiilihappoanhydraaseja. Tunnetaan viisi luokkaa, jotka näyttävät kehittyneen itsenäisesti. Yksi luokista on alfa -luokka, joka sisältää vähintään 14 ihmisen entsyymimuotoa. Niiden ominaisuudet vaihtelevat riippuen solulokerosta tai kudoksesta, jossa ne sijaitsevat.
Monet muodoista ovat solunulkoisia tai kalvoon sitoutuneita. Tämä voi auttaa parantamaan hiilidioksidin ja protonien leviämistä solussa. Hiilihappoanhydraasi voi häiritä solunsisäisiä pH -gradientteja lisäämällä protonin liikettä. Tämä voi auttaa solua pitämään solun tasaisen pH: n. Liiallinen solunsisäinen protoni voi häiritä monia solureaktioita.
Hiilihappoanhydraasin rooli vaihtelee eri kudoksissa. Mahassa se osallistuu mahahapon eritykseen, samalla kun se pitää syljen neutraalina. Se vaikuttaa myös silmien ja munuaisten solujen vesipitoisuuteen. Jos hiilihappoanhydraatit puuttuvat tai eivät toimi kunnolla, tämä voi johtaa sairauteen. Jos esimerkiksi silmään kerääntyy liikaa nestettä, se voi johtaa glaukoomaan.
Useita hiilihappoanhydraasin estäjiä käytetään kaupallisesti farmaseuttisina lääkkeinä, pääasiassa glaukooman hallitsemiseksi. Yleisin käytetty estäjä on asetatsolamidi. Sitä käytetään myös epilepsian ja korkeussairauden hoitoon useiden muiden sairauksien ohella.
Kasveissa ilman hiilidioksidi muuttuu sokeriksi auringonvalon läsnä ollessa fotosynteesin avulla. Ylimääräinen hiilidioksidi varastoidaan laitoksessa bikarbonaattina. Kasvit käyttävät hiilihappoanhydraasia muuntaakseen bikarbonaatin takaisin hiilidioksidiksi, joten sitä voidaan käyttää fotosynteesissä.