Ar superoksīda dismutases ( SOD ) vai superoksīda oxidoreductases ir ģimenes fermentu visuresošo dabā, kuras funkcija ir galvenais aizstāvot aerobo organismu pret skābekļa brīvo radikāļu, īpaši superoksīda anjonu radikāļiem.
Reakcija, ko šie fermenti katalizē, notiek praktiski visās šūnās, kuras spēj elpot (aerobos), un ir būtiska to izdzīvošanai, jo tā no skābekļa noņem toksiskos brīvos radikāļus gan eikariotos, gan prokariotos.
Cu-Zn superoksīda dismutāzes (SOD) grafiskais attēlojums (Avots: Jawahar Swaminathan un MSD darbinieki Eiropas Bioinformatikas institūtā, izmantojot Wikimedia Commons)
Daudzas dzīvnieku slimības ir saistītas ar dažādu reaktīvo skābekļa sugu uzkrāšanos, un tas pats attiecas uz augiem, jo vide rada daudzus un pastāvīgus oksidatīvā stresa veidus, kas tiek pārvarēti, pateicoties superoksīda dismutāžu aktivitātei.
Šo enzīmu grupu 1969. gadā atklāja Makordords un Fridovičs, un kopš tā laika ir panākts ievērojams progress attiecībā uz šiem fermentiem un reakcijām, kuras tie katalizē dzīvās būtnēs.
raksturojums
Superoksīda dismutāzes ļoti ātri reaģē ar superoksīda radikāļiem, kas pārvēršas par ļoti efektīvu aizsardzības līniju šo molekulu noņemšanai.
Zīdītājiem superoksīda dismutāzei ir aprakstītas vismaz trīs izoformas, kas attiecīgi zināmas kā SOD1, SOD2 un SOD3.
Divām no šīm izoformām ir vara un cinka atomi to katalītiskajos centros un atšķiras viens no otra pēc atrašanās vietas: starpšūnu (citosola, SOD1 vai Cu / Zn-SOD) vai ar ārpusšūnu elementiem (EC-SOD vai SOD3).
SOD2 vai Mn-SOD izoformai, atšķirībā no iepriekšējām divām, kā kofaktorā ir mangāna atoms, un šķiet, ka tās atrašanās vieta ir ierobežota ar aerobo šūnu mitohondrijiem.
SOD1 izoenzīmi galvenokārt atrodami citosolā, lai arī tie ir atklāti arī kodolieroču nodalījumā un lizosomās. No otras puses, SOD 3 izoenzīmi ir aprakstīti cilvēka asins plazmas, limfas un cerebrospinālajos šķidrumos.
Katru no šīm izoformām kodē dažādi gēni, bet pieder tai pašai ģimenei, un to transkripcijas regulēšanu būtībā kontrolē ārpus un intracelulārie apstākļi, kas iedarbina dažādas iekšējās signalizācijas kaskādes.
Citas superoksīda dismutāzes
Superoksīda dismutāzes ar katalītiskām vietām, kurās ir vara un cinka vai mangāna joni, nav raksturīgas tikai zīdītājiem, tās ir sastopamas arī citos organismos, ieskaitot dažādu klašu augus un baktērijas.
Ir arī papildu grupa superoksīda dismutāžu, kuras nav sastopamas zīdītājiem un kuras ir viegli atpazīstamas, jo aktīvajā vietā tās satur dzelzi, nevis kādu no trim joniem, kas iepriekš aprakstīti citām superoksīda dismutāžu klasēm.
E. coli dzelzi saturošā superoksīda dismutāze ir periplasmisks enzīms, kas ir atbildīgs arī par skābekļa brīvo radikāļu noteikšanu un novēršanu, kas rodas elpošanas laikā. Šis ferments ir līdzīgs tam, kas atrodams daudzu eikariotu mitohondrijos.
Augiem ir trīs veidu fermenti: tie, kas satur varu un cinku (Cu / Zn-SOD), tie, kas satur mangānu (Mn-SOD), un tie, kas satur dzelzi (Fe-SOD) to aktīvajā centrā un šajos organismos. tie veic līdzīgas funkcijas kā fermenti, kas nav dārzeņi.
Reakcija
Superoksīda dismutāžu substrāti ir superoksīda anjoni, kurus attēlo kā O2- un kas ir starpprodukti skābekļa reducēšanas procesā.
Reakciju, ko tie katalizē, var uzskatīt plaši par brīvo radikāļu pārveidošanu (dismutāciju), veidojot molekulāro skābekli un ūdeņraža peroksīdu, kas attiecīgi nonāk vidē vai tiek izmantoti kā substrāts citiem fermentiem.
Ūdeņraža peroksīdu pēc tam var izvadīt no šūnām, pateicoties jebkura enzīma glutationa peroksidāzes un katalāzes darbībai, kuriem ir arī svarīgas funkcijas šūnu aizsardzībā.
Uzbūve
Superoksīds dismutē izoenzīmus cilvēkiem noteiktos strukturālos aspektos var atšķirties viens no otra. Piemēram, SOD1 izoenzīmam ir 32 kDa molekulmasa, savukārt SOD2 un SOD3 ir homotetrameri ar attiecīgi 95 un 135 kDa molekulmasu.
Otra superoksīda dismutāžu grupa, Fe-SOD, kas atrodas augos un organismos, kas nav zīdītāji, ir dimērie fermenti ar identiskām apakšvienībām, tas ir, tie ir homodimeri.
Dažos augos šie Fe-SOD satur aizdomīgu N-gala signālu secību transportēšanai hloroplastos, bet citi satur C-termināla tripeptīdu secību transportēšanai uz peroksisomām, tāpēc tiek pieņemts, ka to subcelulārais sadalījums ir ierobežots abos nodalījumos.
Triju veidu superoksīda dismutāzes enzīmu molekulāro struktūru galvenokārt veido alfa helikāzes un B salocītas loksnes.
Iespējas
Superoksīda dismutāzes aizsargā šūnas, orgānus un ķermeņa audus no bojājumiem, ko var izraisīt brīvie skābekļa radikāļi, piemēram, lipīdu peroksidācija, olbaltumvielu denaturācija un DNS mutaģenēze.
Dzīvniekiem šīs reaktīvās sugas var arī izraisīt sirds bojājumus, paātrināt novecošanos un piedalīties iekaisuma slimību attīstībā.
Augiem nepieciešama arī superoksīda dismutāzes būtiska fermentatīvā aktivitāte, jo daudzi stresa apstākļi vidē palielina oksidatīvo stresu, tas ir, kaitīgo reaktīvo sugu koncentrāciju.
Cilvēkiem un citiem zīdītājiem trim superoksīda dismutāzes aprakstītajām izoformām ir atšķirīgas funkcijas. Piemēram, SOD2 izoenzīms piedalās šūnu diferenciācijā un audzēja ģenēzes veidošanā, kā arī aizsardzībā pret hiperoksiju (paaugstinātu skābekļa koncentrāciju), ko izraisa plaušu toksicitāte.
Dažām patogēno baktēriju sugām SOD enzīmi darbojas kā "virulences faktori", kas viņiem ļauj pārvarēt daudzus oksidatīvā stresa šķēršļus, ar kuriem viņi var saskarties invāzijas procesā.
Saistītās slimības
Superoksīda dismutāzes aktivitātes samazināšanās var notikt vairāku faktoru dēļ - gan iekšējiem, gan ārējiem. Daži no tiem ir saistīti ar tiešiem ģenētiskiem defektiem gēnos, kas kodē SOD enzīmus, bet citi var būt netieši, kas saistīti ar regulējošo molekulu ekspresiju.
Liels skaits patoloģisko stāvokļu cilvēkiem ir saistīti ar SOD enzīmiem, ieskaitot aptaukošanos, diabētu, vēzi un citus.
Attiecībā uz vēzi ir noteikts, ka ir liels skaits vēža audzēju tipu, kuriem ir zems jebkura no trim zīdītāju superoksīda dismutāzēm (SOD1, SOD2 un SOD3).
Oksidējošais stress, ko novērš superoksīda dismutāzes aktivitāte, ir saistīts arī ar citām locītavu patoloģijām, piemēram, osteoartrītu, reimatoīdo artrītu. Daudzas no šīm slimībām ir saistītas ar tādu faktoru izpausmi, kas kavē SOD aktivitāti, piemēram, faktoru TNF-α.
Atsauces
- Fridovičs, I. (1973). Superoksīda dismutāzes. Annu. Rev. Biochem. , 44, 147-159.
- Džonsons, F., un Džulivi, C. (2005). Superoksīda dismutāzes un to ietekme uz cilvēku veselību. Medicīnas molekulārie aspekti, 26, 340–352.
- Oberlijs, LW, & Bueftner, GR (1979). Superoksīda dismutāzes loma vēža gadījumā: pārskats. Cancer Research, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoksīda dismutāze augos. Kritiskās atsauksmes augu zinātnēs, 13. (3), 37. – 41.
- Zelko, I., Mariani, T., un Folz, R. (2002). Superoksīda dismutāzes multigēnu saime: CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) un EC-SOD (SOD3) gēnu struktūru, evolūcijas un izteiksmes salīdzinājums. Bezmaksas radikālā bioloģija un medicīna, 33 (3), 337–349.