Карбоангидраза

Карбоангидраза — это фермент, который ускоряет обратимое превращение углекислого газа и воды в угольную кислоту, быстро распадающуюся на ион водорода и бикарбонат. Благодаря ей кровь успевает за доли секунды забрать углекислый газ из тканей и отдать его в лёгких.

Карбоангидраза (её также называют карбонатдегидратазой) содержит в активном центре атом цинка. Это один из самых быстрых известных ферментов: одна молекула фермента способна превращать сотни тысяч и даже миллионы молекул углекислого газа в секунду. Без неё реакция шла бы в тысячи раз медленнее.

⚗️ Какую реакцию ускоряет

Реакцию можно записать так: CO₂ + H₂O ⇄ H₂CO₃ ⇄ H⁺ + HCO₃⁻. Её направление зависит от концентраций веществ. В тканях, где углекислого газа много, реакция идёт вправо, с образованием бикарбоната. В лёгких, где углекислый газ уходит в выдыхаемый воздух, она идёт влево, и бикарбонат снова превращается в газ.

🔴 Роль в эритроцитах

В плазме карбоангидразы почти нет, а в эритроцитах её очень много. Поэтому основная часть углекислого газа, поступающего из тканей, проникает в красные клетки крови и там превращается в бикарбонат. Именно в виде бикарбоната переносится большая часть углекислого газа — около 70%; меньшая доля связана с белками, прежде всего с гемоглобином, а небольшая остаётся растворённой.

• Образовавшийся бикарбонат выходит из эритроцита в плазму в обмен на ионы хлора — это явление называют хлоридным сдвигом.
• Ионы водорода связывает гемоглобин, который одновременно служит буфером и легче отдаёт кислород в кислой среде.
• В капиллярах лёгких все процессы идут в обратном порядке, и углекислый газ выдыхается.

Высокая скорость реакции принципиальна: эритроцит проходит лёгочный капилляр примерно за секунду, и за это время газообмен должен завершиться.

🧬 Карбоангидраза в других органах

У человека известно более десятка изоформ фермента, различающихся расположением в клетке и активностью. Они работают везде, где нужно быстро получить или нейтрализовать кислоту.

Где работает карбоангидраза

Орган	Функция фермента
Почки	Обратное всасывание бикарбоната и выделение кислоты с мочой
Желудок	Образование ионов водорода для соляной кислоты в обкладочных клетках
Поджелудочная железа	Выделение бикарбоната, нейтрализующего кислый желудочный химус
Глаз	Образование внутриглазной жидкости
Головной мозг	Образование спинномозговой жидкости
Кости	Создание кислой среды, в которой остеокласты растворяют минерал кости

💊 Ингибиторы карбоангидразы

Вещества, подавляющие фермент, применяют в медицине. Информация приведена в ознакомительных целях, назначает препараты только врач.

• Ацетазоламид в таблетках уменьшает образование внутриглазной жидкости при глаукоме, применяется для профилактики и лечения горной болезни, при идиопатической внутричерепной гипертензии.
• Дорзоламид и бринзоламид в виде глазных капель снижают внутриглазное давление при глаукоме.
• Как мочегонные ингибиторы карбоангидразы слабы и сейчас используются ограниченно.

Подавляя обратное всасывание бикарбоната в почках, такие препараты сдвигают кислотно-щелочное равновесие в кислую сторону. Отсюда типичные побочные эффекты: покалывание в пальцах, изменение вкуса газированных напитков, учащённое дыхание, риск камней в почках и потеря калия.

Тот же эффект объясняет пользу ацетазоламида в горах. Лёгкое закисление крови стимулирует дыхательный центр, дыхание становится глубже, и организм быстрее приспосабливается к разреженному воздуху, несмотря на тормозящее действие низкого уровня углекислого газа.

🩺 Наследственный дефицит

Редкий врождённый дефицит одной из изоформ — карбоангидразы II — проявляется сочетанием остеопетроза (избыточно плотных, но хрупких костей из-за нарушения работы остеокластов), почечного канальцевого ацидоза и отложений кальция в головном мозге. Эта болезнь наглядно показывает, насколько широко фермент участвует в работе организма.