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{{Infobox Protein
| Name = Meerrettichperoxidase CA1 (''Armoracia rusticana'')
| Bild = HRP-xray.png
| Bild_legende = nach {{PDB|1W4W}}<ref name="pmid15641789">{{cite journal |author=Carlsson GH, Nicholls P, Svistunenko D, Berglund GI, Hajdu J |title=Complexes of horseradish peroxidase with formate, acetate, and carbon monoxide |journal=Biochemistry |volume=44 |issue=2 |pages=635–42 |doi=10.1021/bi0483211 |pmid=15641789 |date=2005-01 |language=en}}</ref>
| PDB = {{PDB2|1YY1}}, {{PDB2|1ATJ}}<ref name="pmid9406554">{{cite journal |author=Gajhede M, Schuller DJ, Henriksen A, Smith AT, Poulos TL |title=Crystal structure of horseradish peroxidase C at 2.15 A resolution |journal=Nature Structural Biology |volume=4 |issue=12 |pages=1032–8 |doi=10.1038/nsb1297-1032 |pmid=9406554 |date=1997-12 |language=en}}</ref>
| Groesse = 308 Aminosäuren, 44.174 [[Atomare Masseneinheit|Dalton]]
| Kofaktor = 2 Calcium, Häm B
| Precursor = (323 aas)
| Struktur = Monomer
| Isoformen =
| HGNCid =
| Symbol =
| AltSymbols =
| OMIM =
| UniProt = P00433
| MGIid =
| CAS = {{CASRN|9003-99-0|Q24724134}}
| CASergänzend =
| ATC-Code = 
| DrugBank =
| Wirkstoffklasse =
| TCDB =
| TranspText =
| EC-Nummer = 1.11.1.7
| Kategorie = Peroxidase
| Reaktionsart =
| Substrat = Donor + H2O2
| Produkte = oxidierter Donor + H2O
| Homolog_fam = NV
| Taxon =
| Taxon_Ausnahme =
| Orthologe =
}}

Die '''Meerrettichperoxidase''' – meist als HRP, von engl. ''horseradish peroxidase'', abgekürzt – ist eine [[Peroxidasen|Peroxidase]] aus dem [[Meerrettich]], die als eines der drei häufigst verwendeten [[Reporterenzym]]e in der [[Biochemie]] eingesetzt wird.

== Eigenschaften ==
Die Meerrettichperoxidase katalysiert die [[Reduktion (Chemie)|Reduktion]] von verschiedenen [[Peroxide]]n, meistens [[Wasserstoffperoxid]]. Sie ist ein [[Metalloenzym]] aus der Ferroprotoporphyringruppe der Peroxidasen. Sie besitzt eine [[Molare Masse|Molmasse]] von etwa 44 [[Atomare Masseneinheit|kDa]], die sich aus dem Proteinanteil (33.890 Dalton), [[Hämine|Hämin]] und [[Calcium|Ca2+-Ionen]] (circa 700 Dalton) und der [[Glykosylierung]] (9.400 Dalton) zusammensetzt.<ref name="Delincee">Henry Delincee, Bertold J. Radola: ''Fractionation of Horseradish Peroxidase by Preparative Isoelectric Focusing, Gel Chromatography and Ion-Exchange Chromatography.'' In: ''European Journal of Biochemistry.'' 52, 1975, S. 321, [[doi:10.1111/j.1432-1033.1975.tb04000.x]].</ref> Für die katalysierte [[Redoxreaktion]] wird [[Häme (Stoffgruppe)|Häm]] als [[Cofaktor (Biochemie)|Cofaktor]] im [[Aktives Zentrum|aktiven Zentrum]] verwendet.

In geringem Umfang wird die HRP durch die [[Disproportionierung|Dismutation]] von Wasserstoffperoxid inaktiviert, dagegen werden Nitroxide wie 2,2,6,6-Tetramethyl-piperidin-N-oxyl (TPO) oder 4-OH-TPO zugesetzt.<ref>A. Samuni, E. Maimon, S. Goldstein: ''Nitroxides protect horseradish peroxidase from H2O2-induced inactivation and modulate its catalase-like activity.'' In: ''[[Biochimica et Biophysica Acta]].'' [elektronische Veröffentlichung vor dem Druck] März 2017, [[doi:10.1016/j.bbagen.2017.03.021]], PMID 28365302.</ref> Die Stabilität der HRP nimmt in Anwesenheit von [[Phosphate]]n ab.<ref name="DOI10.1007/s10973-007-8407-y">L. Haifeng, L. Yuwen, C. Xiaomin, W. Zhiyong, W. Cunxin: ''Effects of sodium phosphate buffer on horseradish peroxidase thermal stability.'' In: ''Journal of Thermal Analysis and Calorimetry.'' 93, 2008, S. 569, [[doi:10.1007/s10973-007-8407-y]].</ref><ref name="DOI10.1016/j.ijbiomac.2011.01.021">Sedigheh Asad, Seyed-Fakhreddin Torabi, Mehrnoosh Fathi-Roudsari, Nasser Ghaemi, Khosro Khajeh: [https://www.researchgate.net/profile/Sedigheh_Asad/publication/49808404_Phosphate_Buffer_Effects_on_Thermal_Stability_and_H2O2-Resistance_of_Horseradish_Peroxidase/links/02e7e52a09b24449e4000000/Phosphate-Buffer-Effects-on-Thermal-Stability-and-H2O2-Resistance-of-Horseradish-Peroxidase.pdf ''Phosphate buffer effects on thermal stability and H2O2-resistance of horseradish peroxidase.''] In: ''International Journal of Biological Macromolecules.'' 48, 2011, S. 566, [[doi:10.1016/j.ijbiomac.2011.01.021]].</ref> Der optimale [[pH-Wert]]-Bereich für maximale [[Katalysatoraktivität|Enzymaktivität]] liegt zwischen pH 6 und 6,5. Bei pH 7,5 liegt die Enzymaktivität bei 84 % des Maximalwerts. Die [[Proteinfaltung]] und die Enzymaktivität sind stabil zwischen pH 5 und 9.<ref name="Schomburg">D. Schomburg, M. Salzmann, D. Stephan (Herausgeber): ''Enzyme Handbook 7'', (1993). Kapitel EC 1.11.1.7:1–6. ISBN 978-3-642-48964-8.</ref>

Die Meerrettichperoxidase liegt in sieben [[Isoenzym]]en vor,<ref name="Shannon">L. M. Shannon, E. Kay, J. Y. Lew: ''Peroxidase isozymes from horseradish roots. I. Isolation and physical properties.'' In: ''The Journal of biological chemistry.'' Band 241, Nummer 9, Mai 1966, S. 2166–2172, PMID 5946638.</ref> deren [[Isoelektrischer Punkt|isoelektrische Punkte]] zwischen pH 3 und pH 9 liegen. Die Isoenzyme unterscheiden sich auch in ihren Glykosylierungen und den Anteilen an [[Galactose]], [[Arabinose]], [[Xylose]], [[Fucose]], [[Mannose]], [[Mannosamin]] und [[Galactosamin]].<ref name="Shannon" />

== Inhibitoren ==
[[Inhibitor|Hemmstoffe]] der HRP sind [[Natriumazid]], [[Cyanide|Cyanid]], L–[[Cystin]], [[Chromate|Dichromat]], [[Ethylenthioharnstoff]], [[Hydroxylamin]], [[Sulfide|Sulfid]], [[Vanadate|Vanadat]], [[p-Aminobenzoesäure]], [[Cadmium|Cd2+]], [[Cobalt|Co2+]], [[Kupfer|Cu2+]], [[Eisen|Fe3+]], [[Mangan|Mn2+]], [[Nickel|Ni2+]] und [[Blei|Pb2+]].<ref>Helmward Zollner: ''Handbook of Enzyme Inhibitors'', 2. Auflage, Teil A, S. 367–368 (1993).</ref>

== Gewinnung ==
Die Meerrettichperoxidase wird industriell aus [[Meerrettich]] isoliert. Bei der [[Proteinreinigung]] der HRP wird die ''Reinheitszahl'' (RZ) als Verhältnis der [[Extinktion (Optik)|Extinktionen]] bei den Wellenlängen 403 und 275 nm bestimmt. Dabei wird der Hämingehalt bestimmt, der nicht unbedingt mit einer hohen Enzymaktivität einhergeht. Die RZ sollte bei der HRP für eine Kopplung an Antikörper über 3 liegen. Als Kopplungsmethoden für die Meerrettichperoxidase werden unter anderem Oxidation mit [[Natriumperiodat]] und die [[reduktive Aminierung]] mit [[Natriumcyanoborhydrid]] (an den [[Glykosylierung]]en), die Reaktion mit [[Sulfosuccinimidyl-4-(N-maleimidomethyl)cyclohexan-1-carboxylat]] (Sulfo-SMCC) und [[Cysteamin|2-Mercaptoethylamin]] oder die Reaktion mit SMCC, [[N-Succinimidyl-S-acetylthioacetat]] (SATA) und [[Succinimidyl-3-(2-pyridyldithio)propionat]] (SPDP) eingesetzt.

Eine Herstellung der HRP als [[rekombinantes Protein]] in [[Escherichia coli|''E. coli'']] führt zu Ausbeuten, die in höheren Produktionskosten resultieren.<ref>T. Gundinger, O. Spadiut: ''A comparative approach to recombinantly produce the plant enzyme horseradish peroxidase in Escherichia coli.'' In: ''Journal of biotechnology.'' [elektronische Veröffentlichung vor dem Druck] März 2017, [[doi:10.1016/j.jbiotec.2017.03.003]], PMID 28288816.</ref><ref>V. G. Grigorenko, I. P. Andreeva, M. Y. Rubtsova, A. M. Egorov: ''Recombinant horseradish peroxidase: production and analytical applications.'' In: ''Biochemistry. Biokhimiia.'' Band 80, Nummer 4, April 2015, S. 408–416, [[doi:10.1134/S0006297915040033]], PMID 25869357.</ref>

== Verwendung ==
Die HRP wird zur Herstellung von optisch aktiven [[Hydroperoxide]]n verwendet. Sie wird auch bei einer [[Immunmarkierung|Immunfärbung]] als Teil eines [[Immunkonjugat]]es eingesetzt, das z. B. bei [[Immunhistochemie|immunhistochemischen]] Techniken in der [[Histologie]], beim [[Enzyme-linked Immunosorbent Assay|ELISA]], beim [[Western Blot]] und beim [[ELISpot]]. Die HRP besitzt sechs [[Lysin]]e, die zur [[Molekülmarkierung]] verwendet werden können. Daneben kann auch ein Molekül an [[Cystein]]e in vier [[Disulfidbrücke]]n der HRP gekoppelt werden.<ref>O. Ryan, M. R. Smyth, C. O. Fágáin: ''Horseradish peroxidase: the analyst's friend.'' In: ''Essays in biochemistry.'' Band 28, 1994, S. 129–146, PMID 7925315.</ref> Als [[Vernetzung (Chemie)|Vernetzer]] der HRP mit anderen Proteinen werden unter anderem [[Periodsäure]] und [[Glutaraldehyd]] verwendet.<ref>Edward A. Greenfield: ''Antibodies: A Laboratory Manual.'' Cold Spring Harbor Laboratories, 1988. ISBN 0-87969-314-2. S. 346–348.</ref> Der Meerrettichperoxidase wird [[Wasserstoffperoxid]] als eines der beiden Substrate angeboten. Aus der Spaltung des Wasserstoffperoxids wird das vorher fast farblose Chromogen zu seinem farbigen Endprodukt oxidiert.

Alternativ werden die [[alkalische Phosphatase]] (AP) und die [[β-Galactosidase]] (βGal) als Reporterenzyme eingesetzt. Im Vergleich zur AP ist die HRP kleiner, stabiler und kostengünstiger. Die HRP hat zudem eine höhere [[Wechselzahl]] als beide Alternativen, wodurch höhere Produktbildungsraten entstehen, die bei einer Chemilumineszenz oftmals gewünscht sind.<ref>{{cite journal |author=Beyzavi K, Hampton S, Kwasowski P, Fickling S, Marks V, Clift R |title=Comparison of horseradish peroxidase and alkaline phosphatase-labelled antibodies in enzyme immunoassays |journal=Annals of Clinical Biochemistry |volume=24 ( Pt 2) |pages=145–52 |pmid=3035992 |date=1987-03 |language=en}}</ref> Aufgrund der Glykosylierungen der HRP entstehen weniger unspezifische [[Protein-Protein-Interaktion]]en durch [[Hydrophobie|hydrophobe Effekte]].<ref>S. S. Deshpande: ''Enzyme Handbook 7: Class 1.5–1.12: Oxidoreductases''. Springer, 1994, ISBN 978-3-642-48964-8. S. 169–171.</ref>

Weiterhin wird die HRP zur Oxidation von [[Aromaten]] mit [[Hydroxygruppe]] aus industriellen Abwässern untersucht.<ref>{{cite journal |first=Salehe |last=Ghasempur |first2=Seyed-Fakhreddin |last2=Torabi |first3=Seyed-Omid |last3=Ranaei-Siadat |first4=Mehdi |last4=Jalali-Heravi |first5=Nasser |last5=Ghaemi |first6=Khosro |last6=Khajeh |title=Optimization of Peroxidase-Catalyzed Oxidative Coupling Process for Phenol Removal from Wastewater Using Response Surface Methodology |journal=Environmental Science & Technology |volume=41 |issue=20 |pages=7073–7079 |doi=10.1021/es070626q |issn=0013-936X |date=2007-10-01 |language=en}}</ref>

== Substrate ==
[[Datei:Structures of HRP substrates.png|mini|Verschiedene Substrate der HRP]]
Die [[Chemilumineszenz]]reaktion des [[Luminol]]s oder anderer [[Dioxetane]] lässt sich durch diese Peroxidase katalysieren. Daneben bildet die HRP mit verschiedenen [[Chromogen]]en farbige oder [[Fluoreszenz|fluoreszente]] Reaktionsprodukte.

=== Substrate für Chemilumineszenz ===
* [[Luminol]] und andere [[Dioxetane]], meistens mit einem Chemilumineszenz-Verstärker (engl. ''ECL enhancer'') wie ''p''-[[Iodphenole|Iodphenol]],<ref>Y. L. Kapeluich,. Rubtsova MYu, A. M. Eg: ''Enhanced chemiluminescence reaction applied to the study of horseradish peroxidase stability in the course of p-iodophenol oxidation.'' In: ''Journal of bioluminescence and chemiluminescence.'' Band 12, Nummer 6, 1997 Nov-Dec, S. 299–308, {{DOI|10.1002/(SICI)1099-1271(199711/12)12:6<299::AID-BIO459>3.0.CO;2-S}}, PMID 9509338.</ref> [[4-Iodphenylboronsäure]]<ref name="Haan">C. Haan, I. Behrmann: ''A cost effective non-commercial ECL-solution for Western blot detections yielding strong signals and low background.'' In: ''Journal of immunological methods.'' Band 318, Nummer 1–2, Januar 2007, S. 11–19, [[doi:10.1016/j.jim.2006.07.027]], PMID 17141265.</ref> oder [[Analogon (Chemie)|Analoga]], früher auch [[p-Cumarsäure|''p''-Cumarsäure]].<ref name="Haan" />

=== Substrate für Fluoreszenz ===
* [[Tyramin]]
* [[Homovanillinsäure]]
* [[4-Hydroxyphenylessigsäure]]

=== Substrate für Farbreaktionen ===
* [[ABTS]]
* AEC ([[3-Amino-9-ethylcarbazol]]) bildet ein in Wasser unlösliches rosenrotes Endprodukt
* CN ([[4-Chlor-1-naphthol]]) reagiert unter Bildung eines blauen Farbstoffs
* DAB ([[3,3′-Diaminobenzidin]]) bildet ein in Wasser unlösliches braunes Endprodukt
* TMB ([[3,3′,5,5′-Tetramethylbenzidin|Tetramethylbenzidin]]) bildet ein in Wasser unlösliches blaues Endprodukt, welches beim Abstoppen der Reaktion mit Schwefelsäure einen stabilen gelben Farbkomplex bildet
* ''ortho''-[[Phenylendiamine|Phenylendiamin]] bildet einen löslichen Farbstoff

== Literatur ==
* N. C. Veitch: ''Horseradish peroxidase: a modern view of a classic enzyme.'' In: ''[[Phytochemistry]].'' 65 (3), February 2004, S. 249–259. [[doi:10.1016/j.phytochem.2003.10.022]]. PMID 14751298.
* A. M. Azevedo, V. C. Martins, D. M. Prazeres, V. Vojinović, J. M. Cabral, L. P. Fonseca: ''Horseradish peroxidase: a valuable tool in biotechnology.'' In: ''Biotechnology annual review.'' Band 9, 2003, S. 199–247, PMID 14650928
* J. A. Akkara, K. J. Senecal, D. L. Kaplan: ''Synthesis and characterization of polymers produced by horseradish peroxidase in dioxane.'' In: ''Journal of Polymer Science.'' 29 (11), October 1991, S. 1561–1574. [[doi:10.1002/pola.1991.080291105]].
* Y. P. Chau, K. S. Lu: ''Investigation of the blood-ganglion barrier properties in rat sympathetic ganglia by using lanthanum ion and horseradish peroxidase as tracers.'' In: ''[[Cells Tissues Organs|Acta Anatomica]].'' 153 (2), 1995, S. 135–144. [[doi:10.1159/000313647]]. PMID 8560966.
* S. Avrameas, T. Ternynck: ''Peroxidase labelled antibody and Fab conjugates with enhanced intracellular penetration.'' In: ''Immunochemistry.'' Band 8, Nummer 12, Dezember 1971, S. 1175–1179, PMID 5150003.
* P. K. Nakane, A. Kawaoi: ''Peroxidase-labeled antibody. A new method of conjugation.'' In: ''The journal of histochemistry and cytochemistry : official journal of the Histochemistry Society.'' Band 22, Nummer 12, Dezember 1974, S. 1084–1091, [[doi:10.1177/22.12.1084]], PMID 4443551.
* J. W. Lichtman, D. Purves: ''Cell marking with horseradish peroxidase''. Principles of neural development. Sinauer Associates, Sunderland, Mass 1985, ISBN 0-87893-744-7, S. 114.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Oxidoreduktase]]

Meerrettichperoxidase - Versionsgeschichte

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