Razumevanje presnovnih poti karnozina v telesu

Da bi razumeli biološko naravo te spojine – karnozinaza, je treba razjasniti presnovne poti predelave karnozina v organizmu. Odsotnost karnozina v urinu med zmerno vadbo (Hunter, 1925) kaže na to, da se običajno nespremenjen karnozin ne izloča iz človeškega telesa, temveč je podvržen presnovni razgradnji, preden se izloči. Leta 1915 je Ditrich je pokazal, da niti pepsin niti tripsin ne razčlenjujeta molekulo karnozina. Zaradi tega je bilo pomembno odkriti, kateri encim je odgovoren za hidrolizo karnozina.

Specifičnost in selektivnost karnozinaze

Odkrili so, da ko je karnozinaza iz prašičjih ledvic prvič prečiščena, je v odsotnosti kovinskih ionov ta encim zelo specifičen za substrat, saj hidrolizira karnozin in anserin namesto homokarnozina. V prisotnosti Co2+, karnozinaza izgubi specifičnost substrata in katalizira hidrolizo homokarnozina in mnogih drugih dipeptidov (Lennei, 1990). Molekulska teža encima je 57 kDa, pH 5,5 in Michaelisova konstantna vrednost (Km) za karnozin je nižja od 0,4 mM. Karnozinaza je visoko selektivna za karnozin. Glede na to, da že majhne modifikacije strukture dipeptidov močno vplivajo na aktivnost encimov, velja anserin za „slab“ substrat, medtem ko se homokarnozin sploh ne razgradi.

Razporeditev in funkcija karnozinaze v telesu

Karnozinaza je heterogeno razporejena po celem telesu in v različnih strukturah živalskih možganov. Tkiva človeškega telesa vsebujejo tudi dve vrsti dipeptidaz, ki lahko hidrolizirata karnozin. Ti encimi se bistveno razlikujejo glede na aktivacijo kovinskih ionov, molekulske teže, specifičnosti substrata in podobno. Eden od teh encimov, „tkivna“ karnozinaza, ne more razgraditi niti homokarnozina niti anserina. Drugi encim lahko hidrolizira karnozin, anserin in, v manjših merah, homokarnozin. Ta encim se nahaja v serumu krvi, kjer igra pomembno vlogo pri hidrolizi karnozina, ki se prenaša s hrano („serumska“ karnozinaza).

Pomanjkanje karnozinaze in njegov vpliv na zdravje

Karnozinemija ali pomanjkanje karnozinaze je redka avtosomno-recesivna presnovna motnja, ki jo povzroča pomanjkanje karnozinaze, dipeptidaze (vrsta encima, ki razgradi dipeptide na dve aminokislini). Gen karnozinaze se nahaja na 18. kromosomu. Gen karnozin dipeptidaze-1 nadzoruje tkivno in serumsko karnozinazo. Mutacije na tem genu so odgovorne za pomanjkanje karnozinaze, kar povzroča karnozinemijo. Pomanjkanje serumske karnozinaze je skupaj s karnozinurijo (karnozin v urinu) pogost presnovni indikator sistemskega pomanjkanja karnozinaze. Ta oblika dipeptidaze v človeški krvi ni prisotna do poznega otroštva, počasi se povečuje do nivoja odraslih do 15. leta. S karnozinemijo so povezani različni nevrološki simptomi. Ti vključujejo: hipotonijo, zamudo v razvoju, duševno zaostalost, degeneracijo aksonov, senzorično nevropatijo, tresenje, demielinizacijo, anomalije sive snovi in mioklonične napade.