Karboanhüdraas on valk, mis aitab reguleerida happe-aluse tasakaalu ja pH-d veres ja teistes loomsetes kudedes. See on peamiselt tuntud oma rolli poolest süsinikdioksiidi muutmisel vesinikkarbonaadiks, mis transporditakse kopsudesse. Seda valku leidub enamikus organismides, bakteritest taimedeni. See on ka farmatseutiliselt huvipakkuv, kuna mitmed ravimid on selle toime inhibiitorid.
Süsinikdioksiid (CO2) tekib aeroobsel hingamisel ja rasvade lagunemisel. See eemaldatakse kehast kopsudest väljahingamise teel. Kogu kehas toodetud süsinikdioksiid tuleb kopsudesse jõudmiseks transportida läbi vere. Seda transporditakse mitmel kujul, peamiselt vesinikkarbonaadina, HCO3-. Bikarbonaat on CO2- koos OH-rühmaga. Kui bikarbonaat jõuab kopsudesse, muundatakse see tagasi süsihappegaasiks, nii et seda saab kehast välja hingata.
Karboanhüdraas muudab süsinikdioksiidi vesinikkarbonaadiks pöörduva reaktsiooni käigus, peamiselt punastes verelibledes. See reaktsioon võib tekkida spontaanselt, kuid kiirus on keha vajaduste jaoks liiga aeglane. Kuna karboanhüdraas on ensüüm, kiirendab see reaktsiooni kiirust järsult. See on üks kiiremini tuntud ensüüme. See reaktsioon püüab vesinikkarbonaadi rakkudesse kinni, kuna see ei saa difundeeruda rakkudesse ega sealt välja nagu süsinikdioksiid.
Karboanhüdraasi aktiivses kohas on tsingi molekul ja see on osa ensüümide klassist, mida nimetatakse metalloensüümideks. See on osa põhjusest, miks inimesed vajavad oma toidus tsinki. Karboanhüdraasi mehhanism hõlmab veemolekuli, mis seondub tsingi aatomiga. Seejärel seondub OH-rühm CO2 süsinikuaatomiga, mille tulemuseks on vesinikkarbonaadi ioon. Sellele järgneb prootoni H+ vabanemine.
Erinevates organismides leidub mitmeid erinevaid karboanhüdraase. Tuntud on viis klassi, mis näivad olevat arenenud iseseisvalt. Üks klassidest on alfaklass, mis sisaldab vähemalt 14 inimese ensüümi vormi. Nende omadused varieeruvad sõltuvalt rakuosast või koest, milles nad asuvad.
Paljud vormid on ekstratsellulaarsed või membraaniga seotud. See võib aidata parandada süsinikdioksiidi ja prootonite difusiooni rakus. Süsinikanhüdraas võib prootonite liikumist suurendades häirida rakusiseseid pH-gradiente. See võib aidata rakul hoida püsivat raku pH-d. Liigne intratsellulaarsed prootonid võivad häirida paljusid rakulisi reaktsioone.
Karboanhüdraasi roll on erinevates kudedes erinev. Maos osaleb see maohappe sekretsioonis, säilitades samal ajal sülje neutraalsuse. Samuti mõjutab see silmade ja neerude rakkude veesisaldust. Kui karboanhüdraasid nendes kohtades puuduvad või ei tööta korralikult, võib see põhjustada haigusi. Näiteks kui silma koguneb liiga palju vedelikku, võib see põhjustada glaukoomi.
Mitmeid karboanhüdraasi inhibiitoreid kasutatakse kaubanduslikult ravimitena, peamiselt glaukoomi kontrolli all hoidmiseks. Kõige sagedamini kasutatav inhibiitor on atsetasoolamiid. Seda kasutatakse ka epilepsia ja kõrgustõve raviks koos mitmete muude haigusseisunditega.
Taimedes muutub õhust saadav süsihappegaas fotosünteesi käigus päikesevalguse toimel suhkruks. Liigne süsihappegaas ladestub taimes vesinikkarbonaadina. Taimed kasutavad süsinikanhüdraasi, et muuta bikarbonaat tagasi süsinikdioksiidiks, nii et seda saab kasutada fotosünteesis.