Encim Karnozinaza

Da bi se razumel biološki značaj te spojine, nujno je treba pojasniti metabolične poti predelave karnozina v organizmu. Odsusvo karnozina v urinu za časa zmernega treninga (Hunter, 1925) sugerira da se normalno nemodificirani karnozin ne izločuje iz ljudskega telesa, temveč preden se izloč,i opravi metaboličko degradacijo. 1915. leta Ditrich je pokazal da niti pepsin niti tripsin ne razčlenjuje molekulo karnozina. Zaradi tega je bilo važno odkriti kateri encim je odgovoren za hidrolizo karnozina.

Skeletne mišice so glavni zabojniki karnozina in anserina. Zaradi tega je bilo popolnoma naravno pričakovati da je metabolička sprememba teh dipeptidov povezana z vitalnimi aktivnosti mišičnih celic. Meskova i Zolotarevska zaključile so da karnozin ni bil avtolitičko transformiran v mišičnem tkivu niti ga hidrolizirajo mišični encimi (Meshkova, Zolotarevskaia, 1937). S.E. Severin pokazal je v laboratorijskimi pogoji da ledvica, jetra, slezena in eritrociti vsebujejo encim ki lahko katalizira hidrolizo karnozina (Garkavi, 1938, 1940, Severin, Georgievska, 1938). Na osnovu strukturnih lastnosti tega encima, Garkavi (Garkavi, 1938) sugerira da je to karboksipolipeptidaza. Encim ki je sposoben hidrolizirati karnozin izoliran je 1949. godine iz bubrega svinja (Hanson i Smith, 1949). Manganovi ioni i cijanidi/sulfidi so povzrokovali aktivacijo in inhibicijo aktivnosti encima, ovisno od funkcije. Razen karnozina, ta encim katalizira hidrolizu in nekatere druge dipeptide, ampak veliko počasneje.

Ko je karnozinaza iz svinjske ledvice prvič pečiščena, otkrito je da je v odsotnosti metalnih ionov ta encim visoko specifičen za supstrat, ker hidrolizira karnozin in anserin namesto homokarnozin. V prisutnosti Co2 +, karnozinaza zgublja specifičnost supstrata in katalizira hidrolizo homokarnozina in mnogih drugih dipeptidov (Lennei, 1990). Molekulska teža encima je 57 kDa; pl 5.5; i Michaelisova konstantna vrednost (Km) za karnozin je nižja od 0,4 mM. Karnozinaza je visoko selektivna za karnozin. Glede na to da tudi majhne modifikacije strukture dipeptidov povzrokujejo značajen učinek na aktivnost encima, anserin se drži za „slab“ supstrat, dokler homokarnozin sploh ni razgrajen.

Karnozinaza je heterogeno rasporejena po celem telesu in v različnih strukturah živalskih možganov. Tkiva ljudskoga telesa vsebuje prav tako dve zvrste dipeptidaze sposobne za hidrolizo karnozina. Ovi encimi so značajno različni v odnosu na aktivacijo z metalnimi ioni, molekulske teže, specifičnosti supstrata in podobno. Eden od teh encimov, „tkivna“ karnozinaza ni v stanju razložiti niti homokarnozin niti anserin. Drugi encim lahko hidrolizira karnozin, anserin in, v manjšoj meri, homokarnozin. Ta encim se nahaja v serumu krvi, kjer igra pomembno vlogo v hidrolizi z hrano vnešen karnozin („serumska“ karnozinaza).

Karnozinemija ali nedostatek karnozinaze je redka avtonomno-recesivna metabolična motnja povzrokovana z nedostatkom karnozinaze, dipeptidaze (vrsta encima ki razstavlja dipeptide na dve aminokisline). Gen za karnozinazu se nahaja na 18. kromosomu. Karnozin dipeptidaza-1 gen kontrolira tkivno in serumsko karnozinazo. Mutacije na tem genu so odgovorne za nedostatek karnozinaze kar rezultira z karnozinemijo. Nedostatek serumske karnozinaze, skupaj z karnozinurijo (karnozin v urinu), je uobičajeni metabolički indikator sistemskega nedostatka karnozinaze. Ta oblika dipeptidaze se ne nahaja v ljudski krvi do poznega otroštva, počasi se povečuje do nivoja odraslih do 15. leta.  Različni nevrološki simptomi so povezani z karnozinemijo. Oni vključujejo: hipotoniju, zamudo v razvoju, mentalno retardacijo, degeneracijo aksona, senzorno nevropatijo, tremorje, demijelinizacijo, anomalije sive tvari in mioklonske napade.