Katalaz (CAT), ayçiçeğinde (Helianthus annuus) hidrojen peroksit (H₂O₂) gibi reaktif oksijen türlerinin (ROS) zararlı etkilerini ortadan kaldıran temel antioksidan enzimlerden biridir.
Bitkinin fotosentetik dokularında, köklerinde ve tohumlarında yüksek düzeyde bulunur ve oksidatif stresin kontrolünde kilit rol oynar.
1. Enzimin Tanımı ve Tepkimesi
Özellik
Açıklama
Tam Adı
Katalaz (EC 1.11.1.6)
Tepkime
2H₂O₂ → 2H₂O + O₂
Görev
Hidrojen peroksiti su ve oksijene parçalayarak detoksifikasyon sağlar.
Kofaktör
Hem (Fe³⁺) grubu
Lokalizasyon
Peroksizom, mitokondri ve sitoplazma
2. Bitkideki Görevleri
Süreç
CAT Aktivitesi
Etkisi
Fotosentez
Fotorespirasyon sırasında oluşan H₂O₂’yi parçalar
Kloroplast hasarını önler
Solunum
Mitokondrideki ROS’u temizler
Enerji üretimi dengelenir
Kuraklık / Tuz / Sıcaklık Stresi
H₂O₂ seviyesini azaltır
Hücre zar stabilitesi korunur
Patojen Savunması
ROS sinyaliyle birlikte çalışır
Kontrollü savunma yanıtı sağlar
Tohum Çimlenmesi
Lipid peroksidasyonunu sınırlar
Canlılık korunur
3. Ayçiçeğinde Katalaz İzotipleri
İzotip
Lokalizasyon
Fonksiyon
HaCAT1
Peroksizom
Fotorespirasyon ve ROS detoksifikasyonu
HaCAT2
Sitozol
Genel hücresel stres kontrolü
HaCAT3
Kök dokusu
Tuz ve kuraklık stresine direnç
HaCAT4
Çekirdek dokusu
Patojen savunmasında düzenleme
4. Diğer Antioksidanlarla Etkileşimi
Enzim / Molekül
İlişki
Etki
Süperoksit Dismutaz (SOD)
O₂⁻ → H₂O₂ üretir, CAT bunu parçalar
Ortak ROS döngüsü
Askorbik Asit Peroksidaz (APX)
H₂O₂ detoksifikasyonunda paralel çalışır
Farklı hücre bölmelerinde
Glutatyon Redüktaz (GR)
Redoks dengesini destekler
ROS tamponlama
Peroksidaz (POD)
Lignifikasyon sürecinde paralel
Doku güçlenmesi
5. Hormon ve Sinyal Etkileşimleri
Hormon
Etki
Açıklama
Abscisik Asit (ABA)
Aktivasyonu artırır
Kuraklık stresinde savunma
Jasmonik Asit (JA)
Düzenleyici
Patojen saldırısı sırasında ROS kontrolü
Salisilik Asit (SA)
Dengeleyici
Aşırı ROS üretimini önler
Etilen (ETH)
Koordineli
Yaşlanma ve stres sürecinde sinerjik etki
6. Moleküler Özellikler
Özellik
Bilgi
Protein Uzunluğu
480–520 amino asit
Moleküler Ağırlık
55–60 kDa
Yapı
Tetramerik (4 alt birimli)
Optimum pH
7.0–8.0
Optimum Sıcaklık
30–40 °C
Kofaktör
Hem (Fe³⁺)
İnhibitörler
Azid, siyanür, 3-amino-1,2,4-triazol
7. Fizyolojik ve Stresle İlişkili Rolleri
Durum
CAT Aktivitesi
Sonuç
Kuraklık stresi
Artar
ROS birikimi azaltılır
Tuz stresi
Artar
Hücre redoks dengesi korunur
Ağır metal toksisitesi (Cd, Cu)
Artar
Oksidatif hasar sınırlandırılır
Soğuk / sıcak stres
Artar
Protein denatürasyonu önlenir
Patojen saldırısı (Sclerotinia)
Kontrollü artış
Savunma sinyali düzenlenir
8. Tarımsal Önemi
Uygulama
Amaç
Etki
Stres toleransı artırma
CAT genlerinin aşırı ekspresyonu
Bitki dayanıklılığı artar
Tohum depolama ve canlılık
Lipid oksidasyonunun önlenmesi
Raf ömrü uzar
Bitki ıslahı
CAT aktivitesi belirteci
Dirençli hat seçimi
Hasat sonrası kalite
ROS yönetimi
Hücre bütünlüğü korunur
9. Özetle
Katalaz (CAT), ayçiçeğinde hidrojen peroksit detoksifikasyonunun ana enzimidir.
ROS dengeleme, stres toleransı ve doku korumasında merkezi rol oynar.
ABA, JA ve SA gibi stres hormonlarıyla etkileşim hâlindedir.
Tarımsal anlamda, yüksek CAT aktivitesi daha dayanıklı ve uzun ömürlü bitkilerle ilişkilidir.
