De superoxiddismutaser (SOD) eller superoxid oxidoreduktaser, er en familie af enzymer allestedsnærværende i naturen, hvis funktion er main forsvare aerob mod oxygenfrie radikaler, især superoxid anioniske grupper.
Reaktionen, som disse enzymer katalyserer, forekommer i stort set alle celler, der er i stand til at trække vejret (aerob) og er essentielle for deres overlevelse, da det fjerner giftige frie radikaler fra ilt, både i eukaryoter og prokaryoter.
Grafisk repræsentation af en Cu-Zn Superoxide Dismutase (SOD) (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-personale ved Det Europæiske Bioinformatikinstitut via Wikimedia Commons)
Mange sygdomme hos dyr er relateret til ophobning af forskellige reaktive iltarter, og det samme er tilfældet for planter, da miljøet pålægger adskillige og konstante typer af oxidativ belastning, som overvindes takket være aktiviteten af superoxid-disutaser.
Denne gruppe af enzymer blev opdaget i 1969 af McCord og Fridovich, og siden da er der gjort betydelige fremskridt med hensyn til disse enzymer og de reaktioner, de katalyserer i levende ting.
egenskaber
Superoxid-disutaser reagerer med superoxidradikaler i meget høje hastigheder, hvilket betyder en meget effektiv forsvarslinie til fjernelse af disse molekyler.
Hos pattedyr er mindst tre isoformer beskrevet til henholdsvis superoxiddismutase kendt som henholdsvis SOD1, SOD2 og SOD3.
To af disse isoformer har kobber- og zinkatomer i deres katalytiske centre og adskiller sig fra hinanden på deres placering: intracellulær (cytosolisk, SOD1 eller Cu / Zn-SOD) eller med ekstracellulære elementer (EC-SOD eller SOD3).
SOD2- eller Mn-SOD-isoformen har i modsætning til de foregående to et manganatom som en kofaktor, og dets placering ser ud til at være begrænset til mitokondrierne i aerobe celler.
SOD1-isoenzymer findes hovedsageligt i cytosol, skønt de også er blevet påvist i det nukleare rum og i lysosomer. SOD 3-isoenzymer er på den anden side blevet beskrevet i humant blodplasma, lymfe og cerebrospinalvæsker.
Hver af disse isoformer er kodet af forskellige gener, men tilhører den samme familie, og deres transkriptionelle regulering styres i det væsentlige af ekstra- og intracellulære forhold, som udløser forskellige interne signaleringskaskader.
Andre superoxid-afbrydelser
Superoxid-disutaser med katalytiske steder, der har kobber og zink eller manganioner, er ikke unikke for pattedyr, de er også til stede i andre organismer, herunder planter og bakterier fra forskellige klasser.
Der er en yderligere gruppe af superoxiddismutaser, som ikke findes i pattedyr, og som let kan genkendes, da de på deres aktive sted indeholder jern i stedet for en af de tre ioner, der tidligere er beskrevet for de andre klasser af superoxid-disutaser.
I E. coli er den jernholdige superoxiddismutase et periplasmisk enzym, der også er ansvarlig for påvisning og eliminering af iltfrie radikaler genereret under respiration. Dette enzym ligner det, der findes i mitokondrierne hos mange eukaryoter.
Planter har de tre typer enzymer: dem, der indeholder kobber og zink (Cu / Zn-SOD), dem, der indeholder mangan (Mn-SOD), og dem, der indeholder jern (Fe-SOD) i deres aktive center og i disse organismer. de udøver analoge funktioner som ikke-vegetabilske enzymer.
Reaktion
Substraterne af superoxiddismutaser er superoxidanioner, der er repræsenteret som O2- og er mellemforbindelser i iltreduktionsprocessen.
Reaktionen, de katalyserer, kan i det store og hele betragtes som transformation (nedbrydning) af frie radikaler til dannelse af molekylært oxygen og hydrogenperoxid, som frigives i mediet eller anvendes som et substrat til henholdsvis andre enzymer.
Hydrogenperoxid kan efterfølgende elimineres fra celler takket være virkningen af enzymerne glutathionperoxidase og katalase, som også har vigtige funktioner i cellebeskyttelse.
Struktur
Superoxid-disutaser-isoenzymer hos mennesker kan afvige fra hinanden i visse strukturelle aspekter. For eksempel har isozymet SOD1 32 kDa molekylvægt, mens SOD2 og SOD3 er homotetramere på henholdsvis 95 og 135 kDa molekylvægt.
Den anden gruppe af superoxiddismutaser, Fe-SOD, der findes i planter og andre organismer end pattedyr, er dimere enzymer af identiske underenheder, det vil sige at de er homodimerer.
I nogle planter indeholder disse Fe-SOD en formodet N-terminalsignalsekvens til transport til chloroplaster, og andre indeholder en C-terminal tripeptidsekvens til transport til peroxisomer, så det antages, at deres subcellulære distribution er begrænset til begge rum.
Molekylstrukturen i de tre typer superoxid-dismutaseenzymer består i det væsentlige af alfa-helix og B-foldede ark.
Funktioner
Superoxid-disutaser beskytter celler, organer og kropsvæv mod den skade, iltfrie radikaler kan forårsage, såsom lipidperoxidation, proteindenaturering og DNA-mutagenese.
Hos dyr kan disse reaktive arter også forårsage hjerteskade, fremskynde aldring og deltage i udviklingen af inflammatoriske sygdomme.
Planter kræver også den essentielle enzymatiske aktivitet af superoxiddismutase, da mange stressede forhold i miljøet øger oxidativt stress, det vil sige koncentrationen af skadelige reaktive arter.
Hos mennesker og andre pattedyr har de tre isoformer, der er beskrevet til superoxiddismutase, forskellige funktioner. SOD2-isoenzym deltager for eksempel i celledifferentiering og tumorigenese og også i beskyttelse mod hyperoxi (forhøjet iltkoncentration) -induceret lungetoksicitet.
For nogle arter af patogene bakterier fungerer SOD-enzymer som "virulensfaktorer", der giver dem mulighed for at overvinde mange oxidative stressbarrierer, som de kan stå over for under invasionen.
Relaterede sygdomme
Et fald i superoxiddismutaseaktivitet kan forekomme på grund af flere faktorer, både interne og eksterne. Nogle er relateret til direkte genetiske defekter i generne, der koder for SOD-enzymer, mens andre kan være indirekte, relateret til ekspression af regulerende molekyler.
Et stort antal patologiske tilstande hos mennesker er relateret til SOD-enzymer, herunder fedme, diabetes, kræft og andre.
Med hensyn til kræft er det blevet bestemt, at der er et stort antal kræftformede tumortyper, der har lave niveauer af en hvilken som helst af de tre pattedyrs superoxid-disutaser (SOD1, SOD2 og SOD3).
Det oxidative stress, som superoxiddismutaseaktivitet forhindrer, er også forbundet med andre ledpatologier, såsom slidgigt, reumatoid arthritis. Mange af disse sygdomme har at gøre med ekspressionen af faktorer, der inhiberer SOD-aktivitet, såsom faktor TNF-a.
Referencer
- Fridovich, I. (1973). Superoxid afbrydelser. Annu. Præsten Biochem. 44, 147-159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Superoxid-nedbrud og deres indvirkning på menneskers sundhed. Molekylære aspekter af medicin, 26, 340–352.
- Oberley, LW, & Bueftner, GR (1979). Rollen af superoxidmutase i kræft: En gennemgang. Kræftforskning, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoxid-udledning i planter. Kritiske anmeldelser inden for plantevidenskaber, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Superoxid dismutase Multigene Family: En sammenligning af CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) og EC-SOD (SOD3) genstrukturer, udvikling og ekspression. Gratis radikal biologi & medicin, 33 (3), 337–349.