Karnozinaza enzim

Da bi se shvatio biološki značaj ovog jedinjenja, neophodno je razjasniti metaboličke puteve konverzije karnozina u organizmu. Odsustvo karnozina u urinu pod umerenim treningom (Hunter, 1925) sugeriše da se normalno nemodifikovani karnozin ne izlučuje iz ljudskog tela, već se podvrgava metaboličkoj degradaciji pre izlučivanja. 1915. godine Ditrih je pokazao da ni pepsin ni tripsin ne razlazu molekul karnozina. Zbog toga je bilo važno otkriti koji je enzim odgovoran za hidrolizu karnozina.

Skeletni mišići su glavni depoi karnozina i anserina. Zbog toga je bilo sasvim prirodno očekivati da je metabolička konverzija ovih dipeptida povezana sa vitalnim aktivnostima mišićnih ćelija. Meskova i Zolotarevska zaključile su da karnozin nije podvrgnut autolitičkoj transformaciji u mišićnom tkivu niti da ga hidrolizuju mišićni enzimi (Meshkova, Zolotarevskaia, 1937). S.E. Severin pokazao je u laboratorijiskim usovima da bubreg, jetra, slezina i eritrociti sadrže enzim koji može da katalizuje hidrolizu karnozina (Garkavi, 1938, 1940, Severin, Georgievska, 1938). Na osnovu strukturnih karakteristika ovog enzima, Garkavi (Garkavi, 1938) sugeriše da je to karboksipolipeptidaza. Enzim koji je sposoban da hidrolizuje karnozin izolovan je 1949. godine iz bubrega svinja (Hanson i Smith, 1949). Manganovi joni i cijanidi/sulfidi prouzrokovali su aktivaciju i inhibiciju aktivnosti enzima, u zavisnosti od funkcije. Osim karnozina, ovaj enzim katalizuje hidrolizu I nekih drugih dipeptida, ali mnogo sporijim tempom.

Kad je karnozinaza iz svinjskog bubrega prečišćena po prvi put, otkriveno je da je u odsustvu metalnih jona ovaj enzim visoko specifičan za supstrat, jer hidrolizuje karnozin i anserin umesto homokarnozin. U prisustvu Co2 +, karnozinaza gubi specifičnost supstrata i katalizuje hidrolizu homokarnozina i mnogih drugih dipeptida (Lennei, 1990). Molekulska težina enzima je 57 kDa; pl 5.5; i Michaelisova konstantna vrednost (Km) za karnozin je niža od 0,4 mM. Karnozinaza je visoko selektivna za karnozin. Budući da čak i male modifikacije strukture dipeptida uzrokuju značajan efekat na aktivnost enzima, anserin se smatra „lošim“ supstratom, dok homokarnozin uopšte nije razgradjen.

Karnozinaza je heterogeno raspoređena u celom telu i u različitim strukturama životinjskog mozga. Tkiva ljudskog tela takođe sadrže dve vrste dipeptidaza sposobnih da hidrolizuju karnozin. Ovi enzimi su značajno različiti u odnosu na aktivaciju metalnim jonima, molekulske težine, specifičnosti supstrata i sl. Jedan od ovih enzima, „tkivna“ karnozinaza nije u stanju razlaze niti homokarnozin niti anserin. Drugi enzim može hidrolizovati karnozin, anserin i, u manjoj meri, homokarnozin. Ovaj enzim se nalazi u krvnom serumu, gde igra važnu ulogu u hidrolizi hranom unetog karnozina („serumska“karnozinaza)

Karnozinemija ili nedostatak karnozinaze je redak autozomno-recesivan  metabolički poremećaj uzrokovan nedostatkom karnozinaze, dipeptidaze (vrsta enzima koji razlaze dipeptide na dve aminokiseline). Gen za karnozinazu se nalazi na hromozomu 18. Karnozin dipeptidaza-1 gen kontroliše tkivnu i serumsku karnozinazu. Mutacije na ovom genu su odgovorne za nedostatak karnozinaze, što rezultira karnozinemijom. Nedostatak serumske karnozinaze, zajedno sa karnozinurijom (karnozin u urinu), je uobičajeni metabolički indikator sistemskog nedostatka karnozinaze. Ovaj oblik dipeptidaze se ne nalazi u ljudskoj krvi do kasnog detinjstva, polako se povećava do nivoa odraslih do 15 godina. Razliciti neurološki simptomi su povezani sa karnozinemijom. Oni uključuju: hipotoniju, kašnjenje u razvoju, mentalnu retardaciju, degeneraciju aksona, senzornu neuropatiju, tremore, demijelinizaciju, anomalije sive materije i mioklonske napade.