Bilgi Bankası

Katalaz (CAT)

Katalaz (CAT; EC 1.11.1.6), bitkilerde hidrojen peroksiti (H₂O₂) su ve oksijene parçalayan ana antioksidan enzimlerden biridir:

2H2O2→2H2O+O22H₂O₂ → 2H₂O + O₂

Bu reaksiyon, hücredeki oksidatif stresi azaltır, zar lipidlerini ve proteinleri korur.
CAT özellikle peroksizom, mitokondri ve kloroplastlarda yoğun bulunur.

Biyosentezi ve Düzenlenmesi

  • CAT gen ailesi (HvCAT1, HvCAT2, HvCAT3) arpada farklı dokularda özgül ekspresyona sahiptir:

    • HvCAT1: fotosentetik dokular (yaprak)

    • HvCAT2: kökler

    • HvCAT3: tohum/embriyo

  • SOD tarafından üretilen H₂O₂, CAT aktivasyonunu tetikler.

  • ABA, SA, JA ve etilen gibi stres hormonları, CAT transkripsiyonunu düzenler.

  • Ca²⁺ ve NADPH gibi kofaktörler aktiviteyi stabilize eder.

Fizyolojik Rolleri

Süreç Rol Tarımsal Önemi
Fotosentez Fazla H₂O₂’yi yok eder Klorofil yıkımını önler
Solunum Mitokondride ROS dengesini sağlar Hücresel enerji üretimi devam eder
Çimlenme ROS seviyesini dengeler Sağlıklı embriyo gelişimi
Kuraklık ve tuzluluk Stres kaynaklı ROS temizliği Bitki zar yapısı korunur
Sıcaklık stresi Protein oksidasyonunu azaltır Termal hasarı önler
Yaşlanma (senesens) Oksidatif yaşlanmayı geciktirir Yaprak ömrü uzar

Arpada Özel Rolü

  • Arpada SOD → CAT → APX dizisi, oksidatif stres savunmasının ana zincirini oluşturur.

  • Kuraklık, yüksek sıcaklık veya tuz stresi koşullarında CAT aktivitesi belirgin şekilde artar.

  • HvCAT1 geninin yüksek ekspresyonu, stay-green (yeşil kalma) özelliğiyle ilişkilidir.

  • Çimlenme sırasında CAT aktivitesi, H₂O₂’nin sinyal molekülü olarak görev yapmasını dengeler.

Aktiviteyi Etkileyen Faktörler

Faktör Artırıcı Etki Baskılayıcı Etki Açıklama
Sıcaklık 25–35 °C optimum >45 °C denatürasyon Termal denge sınırlı
pH 6.8–7.2 optimum <6 veya >8 düşüş Hücre içi tamponlama önemli
Işık Orta ışık aktiviteyi artırır Aşırı UV → inaktivasyon Fotosentetik stresle ilişkili
Metal iyonları Ca²⁺, Mn²⁺ destekler Cu²⁺, Hg²⁺ inhibe eder Kofaktör bağımlılığı
H₂O₂ düzeyi Düşük doz → indüksiyon Yüksek doz → inaktivasyon Geri besleme etkisi
Hormonlar SA, JA, ET → ↑ ABA aşırı → ↓ Stres sinyali dengesi

Eksiklik ve Fazlalık Belirtileri
Durum Belirti Sonuç
Eksiklik Yaprak solması, klorofil kaybı H₂O₂ birikimi, oksidatif hasar
Fazlalık Hücrede sinyal yetersizliği Savunma tepkileri zayıflar
Düşük aktivite Kuraklıkta hızlı yaşlanma Düşük verim ve dayanıklılık

Uygulama Alanları

1. Tarımsal stres yönetimi:

  • CAT aktivitesi yüksek arpa çeşitleri, kuraklık, tuz ve ısı stresine daha dayanıklıdır.

  • Salisilik asit, humik asit, kitosan ve deniz yosunu ekstraktları, CAT aktivitesini artırır.

2. Hasat sonrası dayanıklılık:

  • CAT yüksek olan dokular, soğuk depolama sırasında oksidatif kararmaya karşı daha dirençlidir.

3. Moleküler ıslah:

  • HvCAT gen ekspresyonu, stres tolerans göstergesi olarak kullanılabilir.

Diğer Enzimlerle Karşılaştırmalı Rol

Enzim Rol CAT ile İlişki
SOD O₂⁻ radikalini H₂O₂’ye dönüştürür CAT, SOD’un ürününü parçalar
APX H₂O₂ → Askorbik asit ile detoksifikasyon CAT ile paralel çalışır
GR (Glutatyon Redüktaz) Antioksidan döngüyü yeniler Dolaylı destek sağlar
POD (Peroksidaz) H₂O₂ ile fenolik oksidasyonu CAT’tan farklı substrat kullanır

Araştırma Bulguları

  • Türkiye (Konya): Kuraklıkta CAT aktivitesi %60 artmış, H₂O₂ birikimi azalmıştır.

  • İran: Tuz stresi altında CAT + SOD + APX birlikte artarak zar stabilitesini %35 artırmıştır.

  • Çin: HvCAT1 aşırı ekspresyonu → yapraklarda daha uzun yeşil kalma süresi (%20 artış).

  • İspanya: CAT aktivitesi yüksek hatlarda sıcaklık stresine karşı yüksek fotosentetik verimlilik korunmuştur.

Aktiviteyi Artıran Faktörler

  • Cu, Zn, Mn gibi mikroelement desteği

  • Salisilik asit, jasmonat, etilen uygulamaları

  • Kitosan, humik asit veya deniz yosunu biyostimülanları

  • Orta sıcaklık (25–30 °C)

  • Işıklı, oksijenli ortam

Aktiviteyi Baskılayan Faktörler

  • Metal toksisitesi (Hg, Pb, Cu fazlalığı)

  • Aşırı H₂O₂ birikimi

  • Uzun süreli karanlık veya hipoksik koşullar

  • Yüksek sıcaklık (>45 °C)

Teknik Değerlendirme

  • Katalaz, SOD’un ürettiği H₂O₂’yi zararsız hale getirerek bitkide oksidatif zinciri kıran kilit enzimdir.

  • Arpada kuraklık, tuzluluk ve ısı stresine karşı antioksidan savunmanın ikinci aşamasını oluşturur.

  • CAT aktivitesinin yüksek tutulması, bitki canlılığı ve fotosentetik verim açısından stratejik önemdedir.

  • SOD–CAT–APX üçlüsü birlikte değerlendirildiğinde, bitkinin oksidatif dayanıklılığı doğru şekilde izlenebilir.

İlaç Önerileri