Superoksididismutaaseja (SOD) tai superoksidi oksidoreduktaaseja, ovat entsyymien perhe, läsnä kaikkialla luonnossa, jonka tehtävänä on tärkein puolustaa aerobinen vastaan hapen vapaita radikaaleja, erityisesti superoksidi anionisia radikaaleja.
Reaktio, jota nämä entsyymit katalysoivat, tapahtuu käytännössä kaikissa soluissa, jotka kykenevät hengittämään (aerobisesti), ja on välttämätöntä niiden selviytymiselle, koska se poistaa happea myrkyllisiä vapaita radikaaleja, sekä eukaryooteissa että prokaryooteissa.
Cu-Zn-superoksididismutaasin (SOD) graafinen esitys (Lähde: Jawahar Swaminathan ja MSD: n henkilökunta Euroopan bioinformatiikan instituutissa Wikimedia Commonsin kautta)
Monet eläimissä esiintyvät sairaudet liittyvät erilaisten reaktiivisten happilajien kertymiseen, ja sama pätee kasveihin, koska ympäristö aiheuttaa useita ja jatkuvia hapettavan stressin tyyppejä, jotka selviävät superoksididismutaasien aktiivisuuden ansiosta.
Tämän entsyymiryhmän löysivät McCord ja Fridovich vuonna 1969, ja siitä lähtien näiden entsyymien ja niiden reaktioiden, joita ne katalysoivat elävissä olosuhteissa, suhteen on edistytty huomattavasti.
ominaisuudet
Superoksidi-dismutaasit reagoivat superoksidradikaalien kanssa erittäin suurilla nopeuksilla, mikä osoittautuu erittäin tehokkaaksi puolustuslinjaksi näiden molekyylien poistamiseksi.
Nisäkkäissä on kuvattu ainakin kolme isoformia superoksididismutaasille, jotka tunnetaan vastaavasti nimellä SOD1, SOD2 ja SOD3.
Kahdessa näistä isoformeista on kupari- ja sinkki-atomeja katalyyttisissä keskuksissaan ja ne eroavat toisistaan sijaintinsa suhteen: solunsisäisesti (sytosolinen, SOD1 tai Cu / Zn-SOD) tai solunulkoisilla elementeillä (EC-SOD tai SOD3).
Toisin kuin kaksi edellistä, SOD2- tai Mn-SOD-isoformissa on mangaaniatomi kofaktorina ja sen sijainti näyttää rajoittuneen aerobisten solujen mitokondrioihin.
SOD1-isoentsyymejä löytyy pääasiassa sytosolista, vaikka niitä on havaittu myös ydinosastoissa ja lysosomeissa. SOD3-isoentsyymejä sitä vastoin on kuvattu ihmisen veriplasmassa, imusoluissa ja aivo-selkäydinnesteissä.
Jokaista näistä isoformeista koodaavat eri geenit, mutta kuuluvat samaan perheeseen, ja niiden transkriptionaalista säätelyä säätelevät olennaisesti solunulkoiset ja solunsisäiset olosuhteet, jotka laukaisevat erilaisia sisäisiä signalointikaskadeja.
Muut superoksididismutaasit
Superoksididismutaasit, joissa on katalyyttisiä kohtia, joissa on kupari-, sinkki- tai mangaani-ioneja, eivät ole ainutlaatuisia nisäkkäille, niitä on myös muissa organismeissa, mukaan lukien eri luokan kasvit ja bakteerit.
On olemassa lisäryhmä superoksididismutaaseja, joita ei löydy nisäkkäistä ja jotka ovat helposti tunnistettavissa, koska aktiivisessa paikassa ne sisältävät rautaa minkä tahansa kolmen ionin sijasta, jota aiemmin kuvataan muille superoksididismutaasien luokille.
E. colissa rautaa sisältävä superoksididismutaasi on periplasminen entsyymi, joka vastaa myös hengityksen aikana syntyvien hapettomien radikaalien havaitsemisesta ja eliminoinnista. Tämä entsyymi on samanlainen kuin se, jota löytyy monien eukaryoottien mitokondrioista.
Kasveissa on kolmen tyyppisiä entsyymejä: ne, jotka sisältävät kuparia ja sinkkiä (Cu / Zn-SOD), ne, jotka sisältävät mangaania (Mn-SOD) ja ne, jotka sisältävät rautaa (Fe-SOD) aktiivisessa keskuksessaan ja näissä organismeissa. ne suorittavat samanlaisia toimintoja kuin ei-kasviperäiset entsyymit.
reaktio
Superoksididismutaasien substraatit ovat superoksidianioneja, joita edustaa O2- ja jotka ovat välituoteyhdisteitä hapen pelkistysprosessissa.
Niiden reaktiota, jota ne katalysoivat, voidaan nähdä laajasti vapaiden radikaalien muutoksena (dismutaationa) molekyylin hapen ja vetyperoksidin muodostamiseksi, jotka vapautuvat väliaineeseen tai joita käytetään vastaavasti muiden entsyymien substraattina.
Vetyperoksidi voidaan myöhemmin eliminoida soluista minkä tahansa entsyymin, glutationiperoksididaasin ja katalaasin vaikutuksesta, joilla on myös tärkeitä tehtäviä solujen suojauksessa.
Rakenne
Superoksidin dismutaasit isoentsyymit ihmisillä voivat poiketa toisistaan tietyistä rakenteellisista näkökohdista. Esimerkiksi isotsyymillä SOD1 on 32 kDa molekyylipaino, kun taas SOD2 ja SOD3 ovat homotetrameerejä, moolimassa 95 ja 135 kDa, vastaavasti.
Toinen ryhmä superoksididismutaaseja, kasveissa ja muissa organismeissa kuin nisäkkäissä läsnä oleva Fe-SOD, ovat identtisten alayksiköiden dimeerisiä entsyymejä, ts. Ne ovat homodimeerejä.
Joissakin kasveissa nämä Fe-SOD sisältävät oletetun N-terminaalisen signaalisekvenssin kuljettamiseksi kloroplasteihin, ja toiset sisältävät C-terminaalisen tripeptidisekvenssin kuljettamiseksi peroksisomeihin, joten oletetaan, että niiden solun jakautuminen on rajoitettu molempiin osastoihin.
Kolmen tyyppisten superoksidi-dismutaasientsyymien molekyylirakenne koostuu pääosin alfa-helikeseistä ja B-taitetuista levyistä.
ominaisuudet
Superoksidi-dismutaasit puolustavat soluja, elimiä ja kehon kudoksia vaurioilta, joita hapen vapaat radikaalit voivat aiheuttaa, kuten lipidien peroksidaatio, proteiinien denaturointi ja DNA: n mutageneesi.
Eläimissä nämä reaktiiviset lajit voivat myös aiheuttaa sydänvaurioita, nopeuttaa ikääntymistä ja osallistua tulehduksellisten sairauksien kehittymiseen.
Kasvit vaativat myös superoksididismutaasin välttämätöntä entsymaattista aktiivisuutta, koska monet ympäristön stressiolosuhteet lisäävät hapettumisstressiä, ts. Vahingollisten reaktiivisten lajien pitoisuutta.
Ihmisillä ja muilla nisäkkäillä kolmella superoksididismutaasille kuvatulla isomuodolla on erilaiset toiminnot. Esimerkiksi SOD2-isoentsyymi osallistuu solujen erilaistumiseen ja tuumorigeneesiin sekä suojaukseen hyperoksiaa (kohonnut happipitoisuus) aiheuttaman keuhko-toksisuuden varalta.
Joillekin patogeenisten bakteerien lajeille SOD-entsyymit toimivat "virulenssitekijöinä", jotka sallivat niiden voittaa monet hapettavat stressiesteet, joita he voivat kohdata hyökkäysprosessin aikana.
Liittyvät sairaudet
Superoksididismutaasiaktiivisuuden lasku voi tapahtua useiden tekijöiden, sekä sisäisten että ulkoisten, takia. Jotkut liittyvät SOD-entsyymejä koodaavien geenien suoriin geneettisiin virheisiin, kun taas toiset voivat olla epäsuorat, liittyen säätelymolekyylien ilmentymiseen.
Suuri joukko ihmisten patologisia tiloja liittyy SOD-entsyymeihin, mukaan lukien liikalihavuus, diabetes, syöpä ja muut.
Syövän suhteen on määritetty, että on olemassa suuri joukko syöpätuumorityyppejä, joilla on alhaiset tasot millä tahansa kolmesta nisäkkään superoksididismutaasista (SOD1, SOD2 ja SOD3).
Hapetusstressi, jonka superoksididismutaasiaktiivisuus estää, liittyy myös muihin nivelpatologioihin, kuten nivelrikko, nivelreuma. Monet näistä sairauksista liittyvät SOD-aktiivisuutta estävien tekijöiden, kuten tekijä TNF-a, ekspressioon.
Viitteet
- Fridovich, I. (1973). Superoksididismutaasit. Annu. Biochem., 44, 147 - 159.
- Johnson, F., ja Giulivi, C. (2005). Superoksididimutaasit ja niiden vaikutukset ihmisten terveyteen. Molecular Aspects of Medicine, 26, 340–352.
- Oberley, LW, ja Bueftner, GR (1979). Superoksididismutaasin merkitys syövässä: katsaus. Cancer Research, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoksididismutaasi kasveissa. Kriittiset arvostelut kasvitieteissä, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., ja Folz, R. (2002). Superoksididismutaasi-monigeeniperhe: CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) ja EC-SOD (SOD3) geenirakenteiden, evoluution ja ekspression vertailu. Vapaa radikaali biologia ja lääketiede, 33 (3), 337–349.