Kolsyraanhydras är ett protein som hjälper till att reglera syra-basbalansen och pH i blod och andra djurvävnader. Det är främst känt för sin roll i att omvandla koldioxid till bikarbonat för att transporteras till lungorna. Detta protein finns i de flesta organismer, från bakterier till växter. Det är också av farmaceutiskt intresse, med flera läkemedel som hämmar dess aktivitet.
Koldioxid (CO2) produceras från aerob andning och nedbrytning av fetter. Det avlägsnas från kroppen genom utandning från lungorna. Den koldioxid som produceras i hela kroppen måste transporteras genom blodet för att komma till lungorna. Det transporteras i flera former, främst som bikarbonat, HCO3-. Bikarbonat är CO2- med en OH-grupp fäst. När bikarbonatet når lungorna omvandlas det tillbaka till koldioxid, så att det kan andas ut från kroppen.
Kolsyraanhydras omvandlar koldioxid till bikarbonat i en reversibel reaktion, främst i röda blodkroppar. Denna reaktion kan ske spontant, men takten är alldeles för långsam för kroppens behov. Eftersom kolsyraanhydras är ett enzym, påskyndar det reaktionshastigheten dramatiskt. Det är ett av de snabbaste enzymerna som är kända. Denna reaktion fångar bikarbonatet i cellerna, eftersom det inte kan diffundera in och ut ur celler som koldioxid kan.
Kolsyraanhydras har en molekyl av zink på sin aktiva plats och är en del av en klass av enzymer som kallas metalloenzymer. Detta är en del av anledningen till att människor behöver zink i sin kost. Kolsyraanhydrasmekanismen involverar en vattenmolekyl som binder till zinkatomen. En OH-grupp binder sedan till kolatomen i CO2, vilket resulterar i en bikarbonatjon. Detta följs av frigörandet av H+, en proton.
Det finns ett antal olika kolsyraanhydraser som finns i olika organismer. Det finns fem kända klasser som verkar ha utvecklats oberoende av varandra. En av klasserna är alfaklassen som omfattar minst 14 former av mänskliga enzymer. Deras egenskaper varierar beroende på det cellulära utrymmet eller vävnaden de befinner sig i.
Många av formerna är extracellulära eller membranbundna. Detta kan bidra till att förbättra diffusionen av koldioxid och protoner i cellen. Kolsyraanhydras kan störa intracellulära pH-gradienter genom att öka protonrörelserna. Detta kan hjälpa cellen att hålla ett konstant cellulärt pH. Överskott av intracellulära protoner kan störa många cellulära reaktioner.
Karbonsyraanhydras roll varierar i olika vävnader. I magen är den involverad i utsöndringen av magsyra, samtidigt som den håller salivneutral. Det påverkar också vatteninnehållet i celler i ögon och njurar. Om kolsyraanhydraserna på dessa platser saknas eller inte fungerar korrekt kan detta leda till sjukdom. Till exempel, om för mycket vätska ansamlas i ögat kan det leda till glaukom.
Flera kolsyraanhydrashämmare används kommersiellt som farmaceutiska läkemedel, främst för att kontrollera glaukom. Den vanligaste inhibitorn som används är acetazolamid. Det används också för att behandla epilepsi och höjdsjuka, tillsammans med flera andra tillstånd.
I växter omvandlas koldioxid från luften till socker i närvaro av solljus genom fotosyntesprocessen. Överskott av koldioxid lagras i växten som bikarbonat. Växter använder kolsyraanhydras för att omvandla bikarbonatet tillbaka till koldioxid, så det kan användas i fotosyntes.