Bis zum 10. Januar steht das Flexikon nur im Lesemodus zur Verfügung.
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Liebe Autoren,

Wir sind auf der Suche nach Schnee in Richtung Nordpol gefahren. Deswegen steht das Flexikon vom 14.12. bis 10.01.2019 nur im Lesemodus zur Verfügung. Ab dem 10. Januar könnt ihr wieder mit voller Kraft losschreiben.

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Euer Flexikon-Team

Carboanhydrase

Abkürzung: CA
Englisch: carbonic anhydrase

1 Definition

Die Carboanhydrase ist ein Enzym, das im menschlichen Stoffwechsel eine wichtige Rolle spielt. Es katalysiert die Reaktion CO2 + 2 H2O ⇌ H2CO3 + H2O ⇌ H3O+ + HCO3- und gehört zur Enzymklasse 4.2.1.1.

2 Hintergrund

Die Carboanhydrase ist an zahlreichen physiologischen Prozessen beteiligt. Ihren Namen hat sie daher, dass sie die unbeständige Kohlensäure durch Wasserabspaltung (Dehydratisierung) in deren Anhydrid Kohlendioxid überführt.

3 Biochemie

Die Carboanhydrase besteht aus einem Protein, welches Zink als Cofaktor nutzt. Das Zinkion ist als aktives Zentrum für die eigentliche Aktivität des Enzyms verantwortlich. Es ist im Proteingerüst an drei von Histidin abgeleitete Imidazolreste gebunden. Die vierte Koordinationsstelle ist von einem Hydroxo-Liganden besetzt. Das Zink der Carboanhydrase ist daher tetrakoordiniert.

4 Physiologie

4.1 Atmung

Ca. 80% des Kohlendioxids werden in den Erythrozyten mithilfe der Carboanhydrase zu Bicarbonat und Protonen umgewandelt. HCO3- verlässt im Austausch mit Cl- die Erythrozyten sofort wieder. Dieser Vorgang wird auch als Hamburger-Shift bezeichnet.

4.2 Gastrointestinaltrakt

In den Belegzellen des Magen, wird Salzsäure sezerniert, welche auf Protonen angewiesen ist. Intrazellulär reagiert CO2 mit H2O in der uns schon bekannten Reaktion zu HCO3- und H+. Das Bicarbonat wird sogleich im mit einem Cl-/HCO3--Austauscher aus der Zelle befördert und das Chlorid und die H+-Ionen bilden im Magenlumen die Salzsäure.

4.3 Niere

In der renalen Säure/Base Regulation spielt die Carboanhydrase ebenfalls eine wichtige Rolle. Hier werden zuerst H+ im Austausch gegen Na+ in das Lumen des Tubulussystems sezerniert, welche dann im Lumen mit HCO3- Kohlensäure bilden. Die Kohlensäure wird am Bürstensaum der Tubuluszellen durch die Carboanhydrase in der bekannten Reaktion zu H2O und CO2 gespalten; letzteres diffundiert passiv in das Zellinnere.

In der Zelle läuft die Reaktion dann rückwärts ab, d.h. es bildet sich HCO3-, welches mit einem Na+ Symport basolateral aus der Zelle geschafft wird, und H+, welches wie zu Beginn in das Lumen transportiert wird.

4.4 Auge

Durch eine Carboanhydrase-katalysierte Reaktion wird das sog. Kammerwasser gebildet, welches für den Augeninnendruck verantwortlich ist.

5 Pharmakologie

Die Carboanhydrase kann durch so genannte Carboanhydrasehemmer spezifisch inhibiert werden. Bekanntester Wirkstoff ist das Acetazolamid, welches zu Methazolamid und Diclofenamid weiterentwickelt wurde.

Fachgebiete: Biochemie

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