Ver o código fonte de «Anhidrase carbónica»

{{Encima
| Name       = Carbonato deshidratase
| EC_number  = 4.2.1.1
| CAS_number = 9001-03-0
| GO_code    = 0004089
| image      = Human carbonic anhydrase II PDB=6LUX.png
| caption    = Anhidrase carbónica II humana unido ao cinc e ao dióxido de carbono. {{PDB|6LUX}}
| name       = Anhidrase carbónica
}}
{{Pfam_box
| Símbolo = Carb_anhydrase
| Nome = Anhidrase carbónica de tipo eucariota
| image = 
| width = 
| caption = 
| Pfam= PF00194
| InterPro= IPR001148
| SMART= 
| Prosite = PDOC00146
| SCOP = 1can
| TCDB = 
| OPM family= 
| OPM protein= 
| Membranome superfamily = 333
}}

As '''anhidrases carbónicas''' (CA), tamén chamadas '''carbonato deshidratases''' ({{EnzExplorer|4.2.1.1}}), forman unha familia de [[encima]]s que [[catalizador|catalizan]] a interconversión entre o [[dióxido de carbono]] e a [[auga]] e os [[ión]]s resultantes da [[Disociación (química)|disociación]] do [[ácido carbónico]] (é dicir, [[bicarbonato]] e [[ión hidróxeno|ións hidróxeno]]).<ref name="pmid9336012">{{cite journal|vauthors=Badger MR, Price GD|year=1994 |title=The role of carbonic anhydrase in photosynthesis|journal=Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol.|volume=45|pages=369–392|doi=10.1146/annurev.pp.45.060194.002101}}</ref> O [[sitio activo]] da maioría das anhidrases carbónicas conten un ión [[cinc]]. Son, polo tanto, clasificadas como [[metaloproteína|metaloencimas]]. O encima mantén o [[homeostase ácido-base|balance ácido-base]] e axuda ao transporte de dióxido de carbono.<ref name=":1">{{Cite web |title=PDB101: Molecule of the Month: Carbonic Anhydrase |url=http://pdb101.rcsb.org/motm/49 |access-date=3 de decembro de 2018 |website=RCSB: PDB-101}}</ref>

A anhidrase carbónica axuda a manter a [[homeostase ácido-base]], regula o [[pH]] e o balance de fluídos. Dependendo da súa localización, o papel do encima cambia lixeiramente. Por exemplo, a anhidrase carbónica produce ácido na parede interna do estómago. Nos riles, o control dos ións bicarbonato inflúe no contido de auga da célula. O control de ións bicarbonato tamén inflúe no contido de auga dos ollos. Os inhibidores da anhidrase carbónica utilízanse para tratar o [[glaucoma]], que é a excesiva acumulación de auga nos ollos. Bloquear este encima fai cambiar o balance de fluídos nos ollos, reducindo a súa acumulación e, dese xeito, aliviando a presión.<ref name=":1" /><ref>{{Cite book |vauthors=Supuran CT |veditors=Supuran CT, Scozzafava A, Conway J |date=27 de maio de 2004 |title=Carbonic Anhydrases |chapter=Carbonic Anhydrases: Catalytic and Inhibition Mechanisms, Distribution and Physiological Roles |chapter-url=https://www.taylorfrancis.com/chapters/edit/10.1201/9780203475300-5/carbonic-anhydrases-catalytic-inhibition-mechanisms-distribution-physiological-roles-claudiu-supuran |publisher=Taylor & Francis |isbn=9780203475300 |doi=10.1201/9780203475300 |access-date=19 de xullo de 2022 |archive-date=11 de abril de 2023 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230411161011/https://www.taylorfrancis.com/chapters/edit/10.1201/9780203475300-5/carbonic-anhydrases-catalytic-inhibition-mechanisms-distribution-physiological-roles-claudiu-supuran }}</ref>

A anhidrase carbónica é fundamental para a función da [[hemoglobina]] debido ao [[efecto Bohr]], que cataliza a hidratación de [[dióxido de carbono]] para formar [[ácido carbónico]] e disociarse rapidamente na auga.<ref>{{cite journal |vauthors=Occhipinti R, Boron WF |title=Role of Carbonic Anhydrases and Inhibitors in Acid-Base Physiology: Insights from Mathematical Modeling |journal=International Journal of Molecular Sciences |volume=20 |issue=15 |pages=3841 |date=agosto de 2019 |pmid=31390837 |doi=10.3390/ijms20153841 |pmc=6695913 }}</ref> Esencialmente, un incremento de dióxido de carbono resulta nun descenso do pH sanguíneo, que diminúe a unión do oxíxeno á hemoglobina.<ref>{{Cite web |url=http://www.pathwaymedicine.org/bohr-effect |title=Bohr Effect|website=www.pathwaymedicine.org|language=en|access-date=23 de novembro de 2019}}</ref> O contrario é tamén certo, xa que unha diminución na concentración de dióxido de carbono leva o pH sanguíneo, o cal eleva a taxa de unión oxíxeno-hemoglobina. A relación entre o efecto Bohr e a anhidrase carbónica é simple: a anhidrase carbónica acelera a reacción do dióxido de carbono coa auga para producir ións hidróxeno ([[protón]]s) e ións [[bicarbonato]].

Para describir o equilibrio na reacción da anhidrase carbónica, utilízase o [[principio de Le Chatelier]]. A maioría dos tecidos son máis ácidos que o tecido pulmonar porque neses tecidos se produce dióxido de carbono pola [[respiración celular]], onde este reacciona coa auga e produce protóns e bicarbonato. Como a concentración de dióxido de carbono é maior, o equilibrio desprázase cara á dereita, ao lado da reacción do bicarbonato. Nos pulmóns obsérvase o contrario, porque o dióxido de carbono alí é liberado, reducindo a súa concentración, así que o equilibrio se despraza cara á esquerda, favorecendo a produción de dióxido de carbono.<ref>{{Cite web|url=https://www.chemguide.co.uk/physical/equilibria/lechatelier.html|title=Le Chatelier's Principle|website=www.chemguide.co.uk|access-date=23 de novembro de 2019}}</ref>

== Descubrimento ==
A anhidrase carbónica illouse e caracterizouse inicialmente a partir de [[glóbulo vermello|glóbulos vermellos]] do sangue en 1933, con informes simultáneos de Meldrum e Roughton (da [[Universidade de Cambridge]], Reino Unido) e de Stadie e O’Brien (da [[Universidade de Pensilvania]], Estados Unidos),<ref>{{cite book |vauthors=Forster RE |chapter=Remarks on the Discovery of Carbonic Anhydrase |date=2000 |title=The Carbonic Anhydrases: New Horizons |pages=1–11 | series = Experientia Supplementum | volume = 90 | veditors=Chegwidden WR, Carter ND, Edwards YH |place=Basel |publisher=Springer/Birkhauser |language=en |doi=10.1007/978-3-0348-8446-4_1 |isbn=978-3-0348-9570-5}}</ref><ref>{{cite book |vauthors=Starr I |chapter= William Christopher Stadie, 1886-1959 |date=1989 |title=Biographical Memoirs |pages=513–518 | series =  | volume =  | veditors= |place=Washington, DC |publisher=National Academy of Sciences Press |language=en |url=https://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/stadie-william.pdf |isbn=}}</ref> en ambos os casos mentres investigaban un "factor catalítico... necesario para o transito rápido do HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> [anión bicarbonato] dos [[eritrocito]]s aos... capilares pulmonares".<ref name=":22">{{cite book |vauthors=Dodgson SJ |chapter=The Carbonic Anhydrases |date=1991 |title=The Carbonic Anhydrases: Cellular Physiology and Molecular Genetics |pages=3–14 |veditors=Dodgson SJ, Tashian RD, Gros G, Carter ND |place=Boston, MA |publisher=Springer US |language=en |doi=10.1007/978-1-4899-0750-9_1 |isbn=978-1-4899-0750-9}}</ref>

== Introdución ==

Un [[encima]] é unha substancia que actúa como catalizador nos organismos vivos que acelera as reaccións químicas.<ref name=":2">{{Cite web|url=https://www.britannica.com/science/enzyme|title=Britannica Dictionary}}</ref> A anhidrase carbónica é un importante encima que se atopa nos glóbulos vermellos do sangue, na [[mucosa]] gástrica, células pancreáticas e nos túbulos renais. Foi descuberto na décda de 1930 e foi categorizado inicialmente en tres clases xerais (hoxe coñécense máis).<ref>{{cite journal |vauthors=Maren TH |title=Carbonic anhydrase: chemistry, physiology, and inhibition |url=https://archive.org/details/sim_physiological-reviews_1967-10_47_4/page/n2 |journal=Physiological Reviews |volume=47 |issue=4 |pages=595–781 |date=outubro de 1967 |pmid=4964060 |doi=10.1152/physrev.1967.47.4.595}}</ref><ref name=":12">{{cite book |vauthors=Chegwidden WR, Carter ND |chapter=Introduction to the carbonic anhydrases |date=2000 |title=The Carbonic Anhydrases |pages=13–28 |veditors=Chegwidden WR, Carter ND, Edwards YH |place=Basel |publisher=Birkhäuser |language=en |doi=10.1007/978-3-0348-8446-4_2 |isbn=978-3-0348-8446-4}}</ref> A clase unha é a anhidrase carbónica alfa que se encontra en mamíferos, a clase dúas é a da anhidrase carbónica beta, que se atopa en bacterias e plantas, e a clase tres é a da anhidrase carbónica gamma, que se atopa nas bacterias [[metanóxeno|metanóxena]] de fontes termais.<ref>{{cite book |vauthors=Bertini I, Gray H, Stiefel E, Valentine J |title=Biological Inorganic Chemistry: Structure and Reactivity |year=2007 |publisher=University Science Books |location=Sausalito, California |isbn=978-1-891389-43-6 |edition=1ª |at=section IX.1.3.1. p. 180}}</ref> As tres clases de anhidrase carbónica teñen o mesmo sitio activo cun centro metálico de Zn; porén, non son estruturalmente similares entre si.

== Estrutura e función ==

Na natureza aparecen varias formas de anhidrase carbónica. Na forma ben estudada ''anhidrase carbónica α'' presente en animais, o ión cinc está coordinado polos aneis de [[imidazol]] de 3 residuos de [[histidina]], His94, His96 e His119.<ref>{{cite journal | vauthors = Krishnamurthy VM, Kaufman GK, Urbach AR, Gitlin I, Gudiksen KL, Weibel DB, Whitesides GM | title = Carbonic anhydrase as a model for biophysical and physical-organic studies of proteins and protein-ligand binding | journal = Chemical Reviews | volume = 108 | issue = 3 | pages = 946–1051 | date = marzo de 2008 | pmid = 18335973 | pmc = 2740730 | doi = 10.1021/cr050262p }}</ref>

A función primaria do encima en animais é interconverter dióxido de carbono e bicarbonato para manter o [[homeostase ácido-base|balance ácido-base]] no [[sangue]] e noutros tecidos, e axudar a transportar o dióxido de carbono polo sangue fóra dos tecidos o cal, á súa vez, axuda á respiración. Pode tamén funcionar colaborando na formación de [[ácido clorhídrico]] no estómago.{{cómpre referencia}} Xa que logo, o papel da anhidrase carbónica depende de onde se atope no corpo.

En mamíferos existen polo menos 14 [[isoforma]]s. As plantas conteñen unha forma diferente chamada ''anhidrase carbónica β'', que, desde un punto de vista evolutivo, é un encima distinto, pero participa na mesma reacción e tamén usa un ión cinc no seu sitio activo. En plantas, a anhidrase carbónica axuda a elevar a concentración de CO<sub>2</sub> nos [[cloroplasto]]s para incrementar a taxa de carboxilación do encima da [[fase escura]] da [[fotosíntese]] [[RuBisCO]]. A reacción da RuBisCO é a que integra ("fixa") o CO<sub>2</sub> nos azucres creados na fotosíntese, e só pode usar o CO<sub>2</sub> como forma de carbono, non o ácido carbónico nin o bicarbonato.

=== Estrutura ===
Na anhidrase carbónica dúas (CA-II) de mamíferos, o sitio activo consiste no seguinte: un átomo metálico de Zn<sup>+2</sup> que se comporta como ácido de Lewis duro coordinado aos residuos de [[Histidina|His]]-94, -96, e -119 separados uns doutros 109° e un ión hidróxido (pKa=6.8; 120° en configuración tetraédrica T<sub>d</sub>, un peto [[hidrófobo]] adxacente ao hidróxido unido ao Zn que consta da [[valina|Val]]-143 na súa base e da Val-121, [[triptófano|Trp]]-209 e [[leucina|Leu]]-198 no seu pescozo, un residuo bombeador de protóns His-64 H<sup>+</sup> (ou PSR, do inglés ''Proton Shuttling Residue'') bombea H<sup>+</sup> dentro e fóra do sitio activo por cambios conformacionais, e unha rede de [[enlace de hidróxeno|enlaces de hidróxeno]] que consta do grupo hidroxilo da [[treonina|Thr]]-199 e o grupo carboxilo do [[ácido glutámico|Glu]]-106, que estabiliza o hidróxido unido ao Zn ao facilitar a orientación de moléculas de auga no sitio activo nunha configuración xeométrica específica. A CA-II ten unha frecuencia de recambio de 10<sup>6</sup> s<sup>−1</sup>, o cal é 10<sup>7</sup> veces máis rápido que a reacción non catalizada.

=== Regulación do pH ===
A anhidrase carbónica exerce un papel esencial na regulación do pH sanguíneo, o cal acelera a reacción

CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O <chem> <=> </chem> HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> + H<sup>+</sup>
 
para asegurar que se mantén rapidamente o balance de equilibrio. A reacción de equilibrio está influenciada pola proporción de bicarbonato e H<sup>+</sup> respecto ao dióxido de carbono.<ref name=":02">{{Cite journal |vauthors=Deutsch HF |date=1987-01-01 |title=Carbonic anhydrases |journal=International Journal of Biochemistry |language=en |volume=19 |issue=2 |pages=101–113 |doi=10.1016/0020-711X(87)90320-X |issn=0020-711X}}</ref> O HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> é unha [[base conxugada]] que neutraliza ácidos, e o H<sup>+</sup> é un [[ácido conxugado]] que neutraliza bases para manter a [[homeostae ácido-base]]. O HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> e o H<sup>+</sup> son ideais para tamponar o pH no sangue e tecidos porque o [[pKa]] está preto do pH fisiolóxico = 7,2 – 7,6. Como o HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> e o H<sup>+</sup> son regulados nos riles e o dióxido de carbono é regulado nos pulmóns, ambas as accións nos riles e pulmóns son importantes para manter a estabilidade do pH sanguíneo. Polo tanto, a anhidrase carbónica axuda á secreción de H<sup>+</sup> no [[lume (bioloxía)|lume]] do [[Nefron|túbulo renal]] e a reabsorción de HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> nos riles. Ademais, contribúe ao transporte de dióxido de carbono desde o tecido pulmonar aos [[alvéolo pulmonar|alvéolos pulmonares]] no [[capilar]] pulmonar, onde o dióxido de carbono será excretado durante a exhalación.<ref name=":02" />

== Reacción ==
[[Ficheiro:Carbonic anhydrase II mechanism.svg|miniatura|Esquema do mecanismo de reacción cíclica catalizada pola anhidrase carbónica II.<ref name="Lindskog_1997" />|288x288px]]
[[Ficheiro:This image shows the ligands and pocket style of carbonic anhydrase.jpg|miniatura|Esta imaxe mostra os ligandos e o estilo do peto da anhidrase cabónica.<ref>{{cite journal | vauthors = Boriack-Sjodin PA, Zeitlin S, Chen HH, Crenshaw L, Gross S, Dantanarayana A, Delgado P, May JA, Dean T, Christianson DW | display-authors = 6 | title = Structural analysis of inhibitor binding to human carbonic anhydrase II | language = en-US | journal = Protein Science | volume = 7 | issue = 12 | pages = 2483–9 | date = decembro de 1998 | pmid = 9865942 | pmc = 2143894 | doi = 10.1002/pro.5560071201 | url = http://www.rcsb.org/pdb/explore/jmol.do?structureId=1bn1&bionumber=1&jmolMode=HTML5 }}</ref>]]

A reacción que mosra a catalización da anhidrase carbónica nos nosos tecidos é
: CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O ⟶ {{chem|H|2|CO|3}} ⟶ H<sup>+</sup> + {{chem|HCO|3|-}}

A catalización realizada pola anhidrase carbónica nos pulmóns é
: H<sup>+</sup> + {{chem|HCO|3|-}} ⟶ {{chem|H|2|CO|3}} ⟶ CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O

A razón de que estas reaccións teñan direccións opostas nos pulmón e noutros tecidos é que hai neles diferentes pHs. Sen o catalizador anhidrase carbónica, a reacción é moi lenta; porén, co catalizador a reacción é 10<sup>7</sup> veces máis rápida.

A reacción catalizada pola anhidrase carbónica é

: {{chem|HCO|3|-}} + H<sup>+</sup> ⇌ CO<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>O

O ácido carbónico ten un pK<sub>a</sub> de arredor de 6,36 (o valor exacto depende do medio), así que a pH 7 unha pequena porcentaxe de bicarbonato está protonado.

A anhidrase carbónica é un dos encimas máis rápidos, e a súa velocidade está limitada pola velocidade de [[difusión]] dos seus [[Substrato (bioquímica)|substratos]]. Velocidades catalíticas típicas de diferentes formas deste encima están entre 10<sup>4</sup> e 10<sup>6</sup> reaccións por segundo.<ref name="Lindskog_1997">{{cite journal | vauthors = Lindskog S | title = Structure and mechanism of carbonic anhydrase | journal = Pharmacology & Therapeutics | volume = 74 | issue = 1 | pages = 1–20 | year = 1997 | pmid = 9336012 | doi = 10.1016/S0163-7258(96)00198-2 }}</ref>

A reacción inversa non catalizada é relativamente lenta ([[cinética encimática|cinética]] no rango de 15 segundos). A isto débese que unha bebida carbonatada non se desgasifica instantaneamente cando abrimos o seu contedor; porén, desgasifícase rapidamente na boca cando se pon en contacto coa anhidrase carbónica da [[saliva]].<ref name="pmid9784398">{{cite journal | vauthors = Thatcher BJ, Doherty AE, Orvisky E, Martin BM, Henkin RI | title = Gustin from human parotid saliva is carbonic anhydrase VI | journal = Biochemical and Biophysical Research Communications | volume = 250 | issue = 3 | pages = 635–41 | date = setembro de 1998 | pmid = 9784398 | doi = 10.1006/bbrc.1998.9356 }}</ref>

Unha anhidrase defínese como un encima que cataliza a eliminación dunha molécula de auga do seu substrato, e esta é a reacción "inversa" que lle dá á anhidrase carbónica o seu nome, porque retira unha molécula de auga do [[ácido carbónico]].

Nos pulmóns a anhidrase carbónica converte o bicarbonato en dióxido de carbono, doado de exhalar.

=== Transporte de CO<sub>2</sub> ===
[[Ficheiro:Active site of CAII (cropped).jpg|miniatura|O sitio activo do encima CA-II (código PD: 1CA2) onde O = vermello, N = azul, Zn = gris e C = verde]]
O dióxido de carbono producido pola anhidrase carbónica ou outros procesos é transportado no sangue de tres formas:
# Disolto como gas no [[plasma sanguíneo|plasma]]: 7-10 %
# Unido á [[hemoglobina]] como carbaminohemoglobina nos glóbulos vermellos: 20 %
# Presente como ión bicarbonato no plasma e transportado como bicarbonato: 70 %<ref>{{cite journal |vauthors=Yadav RR, Krishnamurthi K, Mudliar SN, Devi SS, Naoghare PK, Bafana A, Chakrabarti T |title=Carbonic anhydrase mediated carbon dioxide sequestration: promises, challenges and future prospects |journal=Journal of Basic Microbiology |volume=54 |issue=6 |pages=472–481 |date=xuño de 2014 |pmid=24740638 |doi=10.1002/jobm.201300849 }}</ref>

== Mecanismo ==
[[Ficheiro:Carbonic anhydrase 1CA2 active site.png|miniatura|Detalle do sitio activo da ahnidrase carbónica II humana, mostrando os seus residuos de [[histidina]] e un grupo [[hidróxido]] coordinando (liñas descontinuas) o ión [[cinc]] no centro. De {{PDB|1CA2}}.]]
[[Ficheiro:CAII enzyme.jpg|miniatura|O encima CA-II (PDB code: 1CA2) mostrando as [[estrutura secundaria|estruturas secundarias]] e o peto [[hidrófobo]] (lado dereito do Zn<sup>2+</sup>) formado por unha [[folla beta]] (azul) e as [[cadea lateral|cadeas laterais]] de dúas [[valina]]s e un [[triptófano]].]]
Un [[grupo prostético]] [[cinc]] presente no encimas está [[química de coordinación|coordinado]] en tres posicións polas [[cadea lateral|cadeas laterais]] da [[histidina]]. A cuarta posición de coordinación está ocupada por unha molécula de auga. Unha cuarta histidina está próxima ao [[ligando]] auga, facilitando a formación do centro Zn-OH, que se une ao CO<sub>2</sub> para dar un bicarbonato de cinc.<ref>{{cite journal |vauthors=Parkin G  |title=Synthetic analogues relevant to the structure and function of zinc enzymes |journal=Chemical Reviews |volume=104 |issue=2 |pages=699–767 |date=febreiro de 2004 |pmid=14871139 |doi=10.1021/cr0206263}}</ref> O constructo é un exemplo catálise ácido-base xeral (ver [[catálise ácida]]). O sitio activo tamén presenta un peto adecuado para o dióxido de carbono, que o sitúa próximo ao grupo hidróxido. Os estudos cinéticos realizados determinan o seguinte mecanismo para o encima: Nos pasos 1 e 2, o [[nucleófilo]] O<sup>−</sup> do ión hidróxido coordinado co Zn<sup>2+</sup> realiza un ataque nucleofílico sobre o carbono parcialmente electrófilo da molécula de CO<sub>2</sub>. Aquí, o Zn<sup>2+</sup> actúa como un ácido de Lewis que rebaixa o pK<sub>a</sub> do ligando OH<sub>2</sub> coordinado de ~7-8 a 6,8 como T<sub>d</sub>, o cal impulsa a desprotonación da auga a un ión hidróxido e un protón libre que é neutralizado polo [[tampón químico|tampón]] que o rodea. No paso 3, ocorre unha transferencia dun protón (H<sup>+</sup>) desde o OH<sup>−1</sup> ao O<sup>−</sup> non coordinado do CO<sub>3</sub><sup>−2</sup> coordinado co átomo de Zn<sup>+2</sup> do sitio activo. Seguidamente, libérase un ión bicarbonato e o sitio catalítico é rexenerado por medio da unión doutra molécula de auga intercambiada co ión bicarbonato. No paso 4, o ligando auga coordinado é desprotonado facilitado polo Zn<sup>+2</sup> para xerar outro ión hidróxido para empezar o ciclo outra vez.<ref>{{Cite book| vauthors=Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L |date=2013|title=Stryer Biochemie| doi=10.1007/978-3-8274-2989-6 |isbn=978-3-8274-2988-9}}</ref><ref>{{cite journal |vauthors=Goto M, Takahashi T, Yamashita F, Koreeda A, Mori H, Ohta M, Arakawa Y |title=Inhibition of the metallo-beta-lactamase produced from Serratia marcescens by thiol compounds |journal=Biological & Pharmaceutical Bulletin |volume=20 |issue=11 |pages=1136–1140 |date=novembro de 1997 |pmid=9401719 |doi=10.1021/ar9501232 }}</ref>

== Familias ==
[[Ficheiro:Carbonic anhydrase 1CA2.png|miniatura|Diagrama de fitas da anhidrase carbónica II humana. O ión zinc do sitio activo é visible no centro. De {{PDB|1CA2}}.]]

Polo menos recoñécense cinco familias de CA: α, β, γ, δ e ζ, pero informouse de máis. Estas familias non teñen unha similitude de secuencias significativa pero si un centro activo similar e considéranse un exemplo de [[evolución converxente]]. A α-CAs atópanse en humanos.

=== α-CA ===

Os [[eukaryota|eucariotas]], incluíndo [[vertebrados]], [[algas]], [[plantas]] e [[fungi|fungos]], así como algunhas [[bacterias]] conteñen esta familia de anhidrases carbónicas (CAs).

Os encimas CA atopados en [[mamífero]]s agrúpanse en varias clases de xenes homólogos:
* CAs [[citosol|citosólicas]] (CA-I, [[anhidrase carbónica II|CA-II]], CA-III, CA-VII e CA-XIII) ({{gene2|CA1|1368}}, {{gene2|CA2|1373}}, {{gene2|CA3|1374}}, {{gene2|CA7|1381}}, {{gene2|CA13|14914}})
* CAs [[mitocondria]]is (CA-VA e CA-VB) ({{gene|CA5A}}, {{gene|CA5B}})
* CAs segregadas (CA-VI) ({{gene2|CA6|1380}})
* CAs asociadas a membranas (CA-IV, CA-IX, CA-XII, CA-XIV e CA-XV) ({{gene2|CA4|1375}}, {{gene2|CA9|1383}}, {{gene2|CA12|1371}}, {{gene2|CA14|1372}})

Hai tres [[isoforma]]s adicionais de anhidrase carbónica humana "acatalítica" ([[CA8|CA-VIII]], [[CA10|CA-X]], e [[CA11|CA-XI]]) ({{gene2|CA8|1382}}, {{gene2|CA10|1369}}, {{gene2|CA11|1370}}), cuxas funcións non están claras.<ref name="pmid9878252">{{cite journal | vauthors = Lovejoy DA, Hewett-Emmett D, Porter CA, Cepoi D, Sheffield A, Vale WW, Tashian RE | title = Evolutionarily conserved, "acatalytic" carbonic anhydrase-related protein XI contains a sequence motif present in the neuropeptide sauvagine: the human CA-RP XI gene (CA11) is embedded between the secretor gene cluster and the DBP gene at 19q13.3 | journal = Genomics | volume = 54 | issue = 3 | pages = 484–93 | date = decembro de 1998 | pmid = 9878252 | doi = 10.1006/geno.1998.5585 }}</ref>

{| class="wikitable"
|+ Comparación das anhidrases carbónicas de mamíferos
|-
! rowspan=2 | Isoforma
! rowspan=2 | Xene
! rowspan=2 | [[Masa molecular|Masa<br/>molecular]]<ref name=boron>A non ser que se especifique outra cousa: {{cite book |author = Boron WF  |title=Medical Physiology: A Cellular And Molecular Approach |url = https://archive.org/details/medicalphysiolog0000boro  |publisher=Elsevier/Saunders |year= 2005|isbn=978-1-4160-2328-9 }} Páxina 638</ref> <br/>(kDa)
! colspan=2 | Localización
! rowspan=2 | Actividade específica de <br/>encimas{{nbsp}}humanos,{{efn|Excepto para a CA-XV de rato.}}<ref name="Hilvo_2008">
{{cite journal
 | vauthors = Hilvo M, Baranauskiene L, Salzano AM, Scaloni A, Matulis D, Innocenti A, Scozzafava A, Monti SM, Di Fiore A, De Simone G, Lindfors M, Jänis J, Valjakka J, Pastoreková S, Pastorek J, Kulomaa MS, Nordlund HR, Supuran CT, Parkkila S
 | display-authors = 6
 | title = Biochemical characterization of CA IX, one of the most active carbonic anhydrase isozymes
 | journal = The Journal of Biological Chemistry
 | volume = 283 | issue = 41 | pages = 27799–809
 | date = outubro de 2008
 | pmid = 18703501 | doi = 10.1074/jbc.M800938200 
}}</ref> (s<sup>−1</sup>)
! rowspan=2 | Sensibilidade ás<br/>[[sulfonamida]]s,{{efn|Acetazolamida nesta táboa.}} <br/>K<sub>I</sub> (nM)<ref name="Hilvo_2008" />
|-
! Célula
! Tecido<ref name=boron/>
|-
| [[Anhidrase carbónica I|CA-I]] || {{gene2|CA1|1368}} || 29 || [[citosol]] || [[eritrocito]] e [[tracto gastrointestinal|tracto GI]] || 2,0 × 10<sup>5</sup> || 250
|-
| [[anhidrase carbónica II|CA-II]] || {{gene2|CA2|1373}} || 29 || [[citosol]] || case ubicua || 1,4 × 10<sup>6</sup> || 12
|-
| [[anhidrase carbónica III|CA-III]] || {{gene2|CA3|1374}} || 29 || [[citosol]] || 8 % de proteína soluble no [[músculo]] de tipo I || 1,3 × 10<sup>4</sup> || 240000
|-
| [[anhidrase carbónica IV|CA-IV]] || {{gene2|CA4|1375}} || 35 || extracelular e unida a [[glicofosfatidilinositol|GPI]] || tracto GI, [[ril]], [[endotelio]] || 1,1 × 10<sup>6</sup> || 74
|-
| [[anhidrase carbónica VA|CA-VA]] || {{gene|CA5A}} || 34.7 (predita) || [[mitocondria]]s || fígado || 2,9 × 10<sup>5</sup> || 63
|-
| [[anhidrase carbónica VB|CA-VB]] || {{gene|CA5B}}  || 36.4 (predita) || mitocondrias || amplamente distribuída || 9,5 × 10<sup>5</sup> || 54
|-
| [[anhidrase carbónica VI|CA-VI]] || {{gene2|CA6|1380}} || 39–42 || secretoria || saliva e [[leite]] || 3,4 × 10<sup>5</sup> || 11
|-
| [[anhidrase carbónica VII|CA-VII]] || {{gene2|CA7|1381}} || 29 || [[citosol]] || amplamente distribuída || 9,5 × 10<sup>5</sup> || 2,5
|-
| [[anhidrase carbónica IX|CA-IX]] || {{gene2|CA9|1383}} || 54, 58 || asociada á [[membrana plasmática]] || tracto GI normal, varios [[cancro]]s || 3,8 × 10<sup>5</sup> || 16
|-
| [[anhidrase carbónica XII|CA-XII]] || {{gene2|CA12|1371}} || 44 || [[sitio activo]] localizado extracelularmente || [[ril]], certos [[cancro]]s || 4,2 × 10<sup>5</sup> || 5,7
|-
| [[anhidrase carbónica XIII|CA-XIII]]<ref name="Lehtonen 2004">{{cite journal | vauthors = Lehtonen J, Shen B, Vihinen M, Casini A, Scozzafava A, Supuran CT, Parkkila AK, Saarnio J, Kivelä AJ, Waheed A, Sly WS, Parkkila S | display-authors = 6 | title = Characterization of CA XIII, a novel member of the carbonic anhydrase isozyme family | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 279 | issue = 4 | pages = 2719–27 | date = xaneiro de 2004 | pmid = 14600151 | doi = 10.1074/jbc.M308984200 }}</ref>|| {{gene2|CA13|14914}} || 29 || [[citosol]] || amplamente distribuída || 1,5 × 10<sup>5</sup> || 16
|-
| [[anhidrase carbónica XIV|CA-XIV]] || {{gene2|CA14|1372}} || 54 || sitio activo localizado extracelularmente || ril, [[corazón]], [[músculo esquelético]], [[cerebro]] || 3,1 × 10<sup>5</sup> || 41
|-
| CA-XV<ref name="Hilvo_2005">{{cite journal | vauthors = Hilvo M, Tolvanen M, Clark A, Shen B, Shah GN, Waheed A, Halmi P, Hänninen M, Hämäläinen JM, Vihinen M, Sly WS, Parkkila S | display-authors = 6 | title = Characterization of CA XV, a new GPI-anchored form of carbonic anhydrase | journal = The Biochemical Journal | volume = 392 | issue = Pt 1 | pages = 83–92 | date = novembro de 2005 | pmid = 16083424 | pmc = 1317667 | doi = 10.1042/BJ20051102 }}</ref>|| {{gene2|CA15|80733}} || 34–36 || extracelular e ligado a [[glicofosfatidilinositol|GPI]] || ril, non se expresa en tecidos humanos || 4,7 × 10<sup>5</sup> || 72
|}
{{notelist}}

=== β-CA ===
A maioría das CAs dos [[prokaryota|procariotas]] e [[cloroplasto]]s de plantas pertencen á familia beta.
Identificáronse dous [[motivo de secuencia|padróns sinatura]] para esta familia:
* C-[SA]-D-S-R-[LIVM]-x-[AP]
* [EQ]-[YF]-A-[LIVM]-x(2)-[LIVM]-x(4)-[LIVMF](3)-x-G-H-x(2)-C-G

=== γ-CA ===
A clase gamma de CAs procede de [[metanóxeno]]s, [[arquea]]s produtoras de metano que viven en fonte termais.

=== δ-CA ===
A clase delta de CAs foi descrita nas [[diatomeas]]. Porén, a distinción desta clase de CA foi posta en cuestión recentemente.<ref name="Sawaya_2006">{{cite journal | vauthors = Sawaya MR, Cannon GC, Heinhorst S, Tanaka S, Williams EB, Yeates TO, Kerfeld CA | title = The structure of beta-carbonic anhydrase from the carboxysomal shell reveals a distinct subclass with one active site for the price of two | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 281 | issue = 11 | pages = 7546–55 | date =marzo de 2006 | pmid = 16407248 | doi = 10.1074/jbc.M510464200 }}</ref>

=== ζ-CA ===
A clase zeta de CAs aparece exclusivamente en [[bacterias]] nuns poucos [[quimiolitótrofo]]s e [[cianobacteria]]s mariñas que conteñen [[carboxisoma]]s co agrupamento de xenes ''cso''.<ref name="pmid14729686">{{cite journal | vauthors = So AK, Espie GS, Williams EB, Shively JM, Heinhorst S, Cannon GC | title = A novel evolutionary lineage of carbonic anhydrase (epsilon class) is a component of the carboxysome shell | journal = Journal of Bacteriology | volume = 186 | issue = 3 | pages = 623–30 | date = febreiro de 2004 | pmid = 14729686 | pmc = 321498 | doi = 10.1128/JB.186.3.623-630.2004 }}</ref> Análises tridimensionais recentes<ref name="Sawaya_2006" /> suxiren que a ζ-CA ten algunhas semellanzas estruturais coa β-CA, particularmente preto do sitio do ión metálico. Así, as dúas formas poden estar distantemente relacionadas, mesmo se a [[secuencia de aminoácidos]] subxacente diverxeu desde entón considerablemente.

=== η-CA ===
A familia eta de CAs atopouse recentemente en organismos do xénero ''[[Plasmodium]]''. Son un grupo de encimas que previamente se pensaba que pertencían á familia alfa das CAs: porén, demostrouse que as η-CAs teñen características únicas, como o seu padrón de coordinación de ións metálicos.<ref name="pmid25168745">{{cite journal | vauthors = Del Prete S, Vullo D, Fisher GM, Andrews KT, Poulsen SA, Capasso C, Supuran CT | title = Discovery of a new family of carbonic anhydrases in the malaria pathogen Plasmodium falciparum—the η-carbonic anhydrases | journal = Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters | volume = 24 | issue = 18 | pages = 4389–4396 | date = setembro de 2014 | pmid = 25168745 | doi = 10.1016/j.bmcl.2014.08.015 | hdl = 10072/63103  }}</ref>

=== ι-CA ===
A clase iota é a máis recente das descritas. Descubriuse na [[diatomea]] mariña ''[[Thalassiosira pseudonana]],'' e está moi estendida entre o [[fitoplancto]] mariño.<ref name=":3">{{cite journal | vauthors = Jensen EL, Clement R, Kosta A, Maberly SC, Gontero B | title = A new widespread subclass of carbonic anhydrase in marine phytoplankton | journal = The ISME Journal | volume = 13 | issue = 8 | pages = 2094–2106 | date = agosto de 2019 | pmid = 31024153 | doi = 10.1038/s41396-019-0426-8 | pmc = 6776030 }}</ref> En diatomeas, a ι-CA é esencial para os mecanismos de concentración de CO<sub>2</sub> e, a diferenza doutras clases de CAs, pode usar o [[manganeso]] en lugar do cinc como cofactor metálico.<ref name=":3" /> Tamén se confirmou a presena de homólogos da ι-CA en bacterias [[gramnegativa]]s, nas cales pode ser unha proteína homodímera.<ref>{{cite journal | vauthors = Del Prete S, Nocentini A, Supuran CT, Capasso C | title = Burkholderia territorii | journal = Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry | volume = 35 | issue = 1 | pages = 1060–1068 | date = decembro de 2020 | pmid = 32314608 | pmc = 7191908 | doi = 10.1080/14756366.2020.1755852 }}</ref>

== Anhidrase carbónica que contén cadmio ==

As [[diatomea]]s mariñas expresan unha nova forma da anhidrase carbónica ζ. [[Thalassiosira weissflogii|''T. weissflogii'']] é unha especie de diatomea do fitoplancto común en moitos [[ecosistema]]s mariños, que contén unha anhidrase carbónica que pode ter tanto ión [[cadmio]] coma ión cinc.<ref name="Park et al">{{cite journal |vauthors=Park H, McGinn PJ, More FM |title=Expression of cadmium carbonic anhydrase of diatoms in seawater |journal=Aquatic Microbial Ecology|date=19 de maio de 2008|volume=51|pages=183–193 |doi=10.3354/ame01192 }}</ref> Previamente, críase que o cadmio era un metal tóxico sen ningunha función biolóxica coñecida. Porén, esta especie de fitoplancto parece que se adaptou aos baixos niveis de cinc do océano usando o cadmio cando non hai suficiente cinc.<ref name="Lane et al">{{cite journal |vauthors=Lane TW, Saito MA, George GN, Pickering IJ, Prince RC, Morel FM |title=Biochemistry: a cadmium enzyme from a marine diatom |journal=Nature |volume=435 |issue=7038 |pages=42 |date=maio de 2005 |pmid=15875011 |doi=10.1038/435042a |bibcode=2005Natur.435...42L }</ref> Aínda que a concentración de cadmio na auga de mar é tamén baixa (aproxmadamente 1x10<sup>−16</sup> [[concentración molar|molar]]), existe unha vantaxe ambiental en poder usar ambos os metais dependendo de cal está mais dispoñible en cada momento. Este tipo de anhidrase carbónica é, polo tanto, cambialista, o que significa que pode intercambiar o metal no seu sitio activo por outro metal (neste caso, cinc e cadmio).{{sfnp|Bertini |Gray |Stiefel |Valentine |2007 |p={{page needed|date=December 2022}}}}

=== Semellanzas con outras anhidrases carbónicas ===

O mecanismo da anhidrase carbónica de cadmio (CDCA) é esencialmene o mesmo que o doutras anhidrases carbónicas na súa conversión do dióxido de carbono e auga en bicarbonato e un protón.<ref name="Book on Cadmium">{{cite book |vauthors=Sigel A, Sigel H, Sigel RK |title=Cadmium from toxicity to essentiality|date=2013|publisher=Springer|location=Dordrecht|isbn=978-94-007-5179-8 }}</ref> Ademais, igual que as outras anhidrases carbónicas, a CDCA fai que a reacción vaia case tan rápido coma a velocidade de difusión dos seus substratos, e pode ser [[inhibición encimática|inhibida]] pola [[sulfonamida]] e derivados do [[sulfamato]].<ref name="Book on Cadmium" />

=== Diferenzas con outras anhidrases carbónicas ===

A diferenza doutras anhidrases carbónicas, o ión metálico do sitio activo non está unido a tres residuos de histidina e un ión hidróxido, senón que está unido a dous residuos de [[cisteína]], un residuo de histidina e un ión hidróxido, o cal é característico de todas as β-CA.<ref name="Book on Cadmium" /><ref name="Xu et al">{{cite journal | vauthors = Xu Y, Feng L, Jeffrey PD, Shi Y, Morel FM | title = Structure and metal exchange in the cadmium carbonic anhydrase of marine diatoms | journal = Nature | volume = 452 | issue = 7183 | pages = 56–61 | date = marzo de 2008 | pmid = 18322527 | doi = 10.1038/nature06636 | bibcode = 2008Natur.452...56X }}</ref> Debido a que o cadmio funciona como un [[teoría HSAB|ácido brando]], estará máis estreitamente unido a ligandos de [[teoría HSAB|base branda]].{{sfnp|Bertini |Gray |Stiefel |Valentine |2007 |p={{page needed|date=December 2022}}}} Os átomos de [[xofre]] nos residuos de cisteína son bases brandas, que entón se unen ao cadmio máis fortemente do que o faría o nitróxeno dos residuos de histidina. A CDCA ten tamén unha estrutura de pregamento tridimensional que é diferente á doutras anihidrases carbónicas, e a súa secuencia de aminoácidos non é semellante á doutras anhidrases carbónicas.<ref name="Book on Cadmium" /> É un [[monómero]] con tres [[dominio proteico|dominios]], cada un deles idéntico en secuencia de aminoácidos e cada un cun sitio activo cun ión metálico.<ref name="Xu et al" />

Outra diferenza clave entre a CDCA e outras anhidrases carbónicas é que ten un mecanismo para cambiar o seu ión cadmio por unión cinc no caso de que o cinc sexa máis dispoñible para o fitoplancto. O sitio activo da CDCA ten unha especie de "porta" formada por unha cadea de nove [[aminoácido]]s con residuos de [[glicina]] nas posicións 1 e 9. Normalmente, esta porta ou cancela permanece pechada e o ión cadmio está atrapada dentro. Porén, debido á flexibilidade e posición dos residuos de glicina, esta porta pode abrirse para que saia o ión cadmio. Entón pode poñerse no seu lugar un ión cinc e a porta péchase tras el.<ref name="Book on Cadmium" /> Como o cinc funciona como un [[teoría HSAB|ácido a medio camiño entre duro e brando]], non se unirá tan fortemente aos ligandos de cisteína como o cadmio, pero o encima aínda seguirá sendo activo e razoablemente eficiente. O metal do sitio activo pode, pois, cambiar entre o cinc e o cadmio dependendo de cal sexa máis abundante nese momento. A capacidade da CDCA de utilizar ambos os ións dálle unha vantaxe de supervivencia a ''T. weissflogii''.<ref name="Lane et al" />

=== Transporte de cadmio ===

O cadmio aínda se considera letal para o fitoplancto se está en grandes cantidades. Os estudos realizados mostraron que ''T. weissflogii'' ten unha resposta tóxica inicial ao cadmio cando se expón a el. A toxicidade do metal é reducida pola [[transcrición (xenética)|transcrición]] e a [[tradución de proteínas|tradución]] de [[fitoquelatina]]s, que son proteínas que se unen e transportan cadmio. Unha vez que o cadmio se une á fitoquelatina, xa deixa de ser tóxico, e pode transportarse sen perigo ata o encima CDCA.<ref name="Park et al" /> Tamén se observou que a captación de cadmio pola fitoquelatina leva a un significativo incremento da expresión de CDCA.<ref name="Park et al" />

=== Proteínas similares á CDCA ===
Comprobouse se outras especies do fitoplancton de diferentes fontes de auga tiñan tamén CDCA. Atopouse que moitas delas contiñan proteínas que son homólogas á CDCA atopada en ''T. weissflogii''.<ref name="Park et al" /> Entre elas están especies de [[Great Bay (Nova Jersey)|Great Bay, Nova Jersey]] e outras do [[océano Pacífico]] preto do [[ecuador terrestre|ecuador]]. En todas as especies testadas, as proteínas similares á CDCA mostraron altos niveis de expresión incluso en altas concentracións de cinc e en ausencia de cadmio.<ref name="Park et al" /> A semellanza entre estas proteínas e a CDCA expresada por ''T. weissflogii'' variaba, pero sempre era polo menos un 67 % similar.<ref name="Park et al" />

== Captura e secuestro de carbono ==
A anhidrase carbónica podería ser relevante para a [[captura e almacenamento de carbono|captura de carbono]]. Algunhas anhidrases carbónicas poden soportar temperaturas de ata 107&nbsp;°C e unha extrema alcalinidade (pH > 10).<ref name=":0">{{cite journal | vauthors = Alvizo O, Nguyen LJ, Savile CK, Bresson JA, Lakhapatri SL, Solis EO, Fox RJ, Broering JM, Benoit MR, Zimmerman SA, Novick SJ, Liang J, Lalonde JJ | display-authors = 6 | title = Directed evolution of an ultrastable carbonic anhydrase for highly efficient carbon capture from flue gas | journal = Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America | volume = 111 | issue = 46 | pages = 16436–41 | date = novembro de 2014 | pmid = 25368146 | pmc = 4246266 | doi = 10.1073/pnas.1411461111 | bibcode = 2014PNAS..11116436A }}</ref> Nunha experiencia piloto coa CA máis estable nun fluxo de combustión que consistía nunha composición de CO<sub>2</sub> do 12–13 % molar tiña unha taxa de captura do 63,6 % nun período de 60 horas sen efectos perceptibles no rendemento do encima. A CA foi situada nunha solución de N-metildietanolamina (MDEA) na cal facía incrementar a diferenza de concentración (forza motriz) de CO<sub>2</sub> entre o fluxo de combustión da central enerxética e a fase líquida nun contactor de líquido-gas.<ref name=":0" />

== Notas ==
{{listaref}}

== Véxase tamén ==
=== Outros artigos ===
* [[Inhibidor da anhidrase carbónica]]

=== Bibliografía ===
{{refempeza}}
* {{cite journal | vauthors = Lyall V, Alam RI, Phan DQ, Ereso GL, Phan TH, Malik SA, Montrose MH, Chu S, Heck GL, Feldman GM, DeSimone JA | display-authors = 6 | title = Decrease in rat taste receptor cell intracellular pH is the proximate stimulus in sour taste transduction | journal = American Journal of Physiology. Cell Physiology | volume = 281 | issue = 3 | pages = C1005-13 | date = setembro de 2001 | pmid = 11502578 | doi = 10.1152/ajpcell.2001.281.3.C1005 | title-link = intracellular pH }}
{{reftermina}}

=== Ligazóns externas ===
*{{PDBe-KB2|P00918|Human Carbonic anhydrase 2}}	

{{Control de autoridades}}

[[Categoría:Liases]]