A anidrase carbônica é uma proteína que ajuda a regular o equilíbrio ácido-básico e o pH no sangue e em outros tecidos animais. É conhecido principalmente por seu papel na transformação de dióxido de carbono em bicarbonato para ser transportado para os pulmões. Esta proteína está presente na maioria dos organismos, de bactérias a plantas. Também é de interesse farmacêutico, com vários medicamentos sendo inibidores de sua atividade.
O dióxido de carbono (CO2) é produzido a partir da respiração aeróbica e da decomposição das gorduras. É removido do corpo por expiração dos pulmões. O dióxido de carbono produzido por todo o corpo precisa ser transportado pelo sangue para chegar aos pulmões. É transportado de várias formas, principalmente como bicarbonato, HCO3-. O bicarbonato é CO2- com um grupo OH ligado. Quando o bicarbonato atinge os pulmões, é transformado novamente em dióxido de carbono, para que possa ser exalado do corpo.
A anidrase carbônica converte dióxido de carbono em bicarbonato em uma reação reversível, principalmente nos glóbulos vermelhos. Essa reação pode ocorrer espontaneamente, mas a taxa é muito lenta para as necessidades do corpo. Sendo uma enzima, a anidrase carbônica acelera drasticamente a taxa de reação. É uma das enzimas mais rápidas conhecidas. Essa reação retém o bicarbonato nas células, uma vez que não pode se difundir dentro e fora das células, como o dióxido de carbono.
A anidrase carbônica possui uma molécula de zinco em seu local ativo e faz parte de uma classe de enzimas conhecida como metaloenzimas. Isso é parte da razão pela qual os seres humanos exigem zinco em sua dieta. O mecanismo da anidrase carbônica envolve uma molécula de água que se liga ao átomo de zinco. Um grupo OH se liga ao átomo de carbono do CO2, resultando em um íon bicarbonato. Isto é seguido pelo lançamento do H +, um próton.
Existem várias anidrases carbônicas diferentes encontradas em diferentes organismos. Existem cinco classes conhecidas que parecem ter evoluído independentemente. Uma das classes é a classe alfa que compreende pelo menos 14 formas de enzimas humanas. Suas propriedades variam de acordo com o compartimento celular ou tecido em que estão localizados.
Muitas das formas são extracelulares ou ligadas à membrana. Isso pode ajudar a melhorar a difusão de dióxido de carbono e prótons dentro da célula. A anidrase carbônica pode interromper os gradientes intracelulares de pH, aumentando o movimento de prótons. Isso pode ajudar a célula a manter um pH celular constante. O excesso de prótons intracelulares pode interferir em muitas reações celulares.
O papel da anidrase carbônica varia em diferentes tecidos. No estômago, está envolvido na secreção de ácido estomacal, enquanto mantém a saliva neutra. Também influencia o conteúdo de água das células nos olhos e nos rins. Se as anidrases carbônicas nesses locais estiverem ausentes ou não estiverem funcionando adequadamente, isso pode levar à doença. Por exemplo, se houver muito líquido acumulado no olho, pode levar ao glaucoma.
Vários inibidores da anidrase carbônica são usados comercialmente como drogas farmacêuticas, principalmente para controlar o glaucoma. O inibidor mais comum usado é a acetazolamida. Também é usado para tratar a epilepsia e o mal da altitude, juntamente com várias outras condições.
Nas plantas, o dióxido de carbono do ar é convertido em açúcar na presença da luz solar pelo processo de fotossíntese. O excesso de dióxido de carbono é armazenado na planta como bicarbonato. As plantas usam anidrase carbônica para converter o bicarbonato novamente em dióxido de carbono, para que possa ser usado na fotossíntese.