Į superoksido dismutases ( SOD ) arba superoksido oksidoreduktazių , yra fermentų visur gamtoje, kurio funkcija yra pagrindinė ginti aerobikos organizmus nuo deguonies laisvųjų radikalų šeimos, ypač superoksido anijoninių radikalai.
Reakcija, kurią šie fermentai katalizuoja, vyksta beveik visose ląstelėse, kurios sugeba kvėpuoti (aerobinės) ir yra būtinos jų išlikimui, nes pašalina toksiškus laisvuosius radikalus iš deguonies tiek eukariotuose, tiek prokariotuose.
Grafinis Cu-Zn superoksido dismutazės (SOD) vaizdas (Šaltinis: Jawahar Swaminathan ir MSD darbuotojai Europos bioinformatikos institute per „Wikimedia Commons“)
Daugelis gyvūnų ligų yra susijusios su skirtingų reaktyviųjų deguonies rūšių kaupimuisi, ir tas pats pasakytina apie augalus, nes aplinka sukelia daugybę ir nuolatinių rūšių oksidacinio streso, kuris įveikiamas dėl superoksido dismutazių aktyvumo.
Šią fermentų grupę 1969 m. Atrado McCord ir Fridovich ir nuo to laiko buvo padaryta nemaža pažanga dėl šių fermentų ir reakcijų, kurias jie skatina gyvuose daiktuose.
charakteristikos
Superoksido dismutazės labai greitai reaguoja su superoksido radikalais, o tai reiškia, kad šios molekulės yra labai veiksmingos gynybos linija.
Žinduoliuose aprašytos mažiausiai trys superoksido dismutazės izoformos, atitinkamai žinomos kaip SOD1, SOD2 ir SOD3.
Dviejų šių izoformų kataliziniai centrai turi vario ir cinko atomus ir skiriasi viena nuo kitos savo vieta: tarpląsteliniu (citozoliniu, SOD1 arba Cu / Zn-SOD) arba su tarpląsteliniais elementais (EC-SOD arba SOD3).
SOD2 arba Mn-SOD izoforma, skirtingai nei ankstesnės dvi, turi mangano atomą kaip kofaktorių, ir atrodo, kad jo vieta yra apribota aerobinių ląstelių mitochondrijomis.
SOD1 izofermentai randami daugiausia citozolyje, nors jie taip pat buvo aptikti branduoliniame skyriuje ir lizosomose. Kita vertus, SOD 3 izofermentai buvo aprašyti žmogaus kraujo plazmos, limfos ir smegenų skysčiuose.
Kiekviena iš šių izoformų yra užkoduota skirtingų genų, tačiau priklauso tai pačiai šeimai, o jų transkripcijos reguliavimą iš esmės kontroliuoja tarpląstelinės ir tarpląstelinės sąlygos, kurios suaktyvina skirtingas vidines signalizacijos kaskadas.
Kitos superoksido dismutazės
Superoksido dismutazės su katalizinėmis vietomis, turinčiomis vario, cinko ar mangano jonus, nėra žinomos tik žinduoliams, jų yra ir kituose organizmuose, įskaitant skirtingų klasių augalus ir bakterijas.
Yra papildoma grupė superoksido dismutazių, kurių nėra žinduoliuose ir kurios yra lengvai atpažįstamos, nes jų aktyviojoje vietoje juose yra geležis, o ne bet kuris iš trijų jonų, anksčiau aprašytų kitoms superoksido dismutazių klasėms.
E. coli geležies turintis superoksido dismutazė yra periplazminis fermentas, atsakingas ir už kvėpavimo metu susidarančių laisvųjų deguonies radikalų aptikimą ir pašalinimą. Šis fermentas yra panašus į tą, kuris randamas daugelio eukariotų mitochondrijose.
Augalai turi trijų tipų fermentus: tuos, kuriuose yra vario ir cinko (Cu / Zn-SOD), tuos, kuriuose yra mangano (Mn-SOD), ir tuos, kuriuose yra geležies (Fe-SOD) jų aktyviajame centre ir šiuose organizmuose. jie atlieka panašias funkcijas kaip ir ne augaliniai fermentai.
Reakcija
Superoksido dismutazių substratai yra superoksido anijonai, kurie pavaizduoti kaip O2- ir kurie yra tarpiniai produktai deguonies redukcijos procese.
Reakcija, kurią jie katalizuoja, gali būti vertinama kaip laisvųjų radikalų transformacija (demutacija), gaunant molekulinį deguonį ir vandenilio peroksidą, kurie atitinkamai išsiskiria į terpę arba naudojami kaip substratas kitiems fermentams.
Vandenilio peroksidas vėliau gali būti pašalintas iš ląstelių, veikiant bet kuriam fermentui glutationo peroksidazei ir katalazei, kurie taip pat atlieka svarbias funkcijas ląstelių apsaugoje.
Struktūra
Žmonių superoksidas dismutazuoja izofermentus tam tikrais struktūriniais aspektais. Pavyzdžiui, SOD1 izofermentas turi 32 kDa molekulinę masę, tuo tarpu SOD2 ir SOD3 yra atitinkamai homotetramerai, kurių molekulinė masė yra 95 ir 135 kDa.
Kita grupė superoksido dismutazių, Fe-SOD, esantys augaluose ir organizmuose, išskyrus žinduolius, yra dimeriniai fermentai, turintys identiškus subvienetus, tai yra, jie yra homodimerai.
Kai kuriuose augaluose šiuose Fe-SOD yra numanoma N-galinio signalo seka, skirta pernešti į chloroplastus, o kituose - C-galo tripeptido seka, skirta pernešti į peroksisomas, todėl manoma, kad jų tarpląstelinis pasiskirstymas yra apribotas abiem skyriais.
Trijų tipų superoksido dismutazės fermentų molekulinę struktūrą iš esmės sudaro alfa spiralės ir B sulankstyti lakštai.
funkcijos
Superoksido dismutazės gina ląsteles, organus ir kūno audinius nuo pažeidimų, kuriuos gali sukelti laisvieji deguonies radikalai, pavyzdžiui, lipidų peroksidacija, baltymų denatūracija ir DNR mutagenezė.
Gyvūnams šios reaktyvios rūšys taip pat gali sukelti širdies pažeidimus, pagreitinti senėjimą ir dalyvauti kuriant uždegimines ligas.
Augalams taip pat reikalingas būtinas fermentinis superoksido dismutazės aktyvumas, nes dėl daugelio stresinių sąlygų aplinkoje padidėja oksidacinis stresas, tai yra kenksmingų reaktyvių rūšių koncentracija.
Žmonėms ir kitiems žinduoliams aprašytos trys superoksido dismutazės izoformos atlieka skirtingas funkcijas. Pavyzdžiui, SOD2 izofermentas dalyvauja ląstelių diferenciacijoje ir navikogenezėje, taip pat apsaugoje nuo hiperoksijos (didelės deguonies koncentracijos) sukeliamo toksinio poveikio plaučiams.
Kai kurioms patogeninių bakterijų rūšims SOD fermentai veikia kaip „virulentiškumo faktoriai“, kurie jiems leidžia įveikti daugelį oksidacinio streso barjerų, su kuriais jie gali susidurti invazijos metu.
Susijusios ligos
Superoksido dismutazės aktyvumo sumažėjimas gali atsirasti dėl kelių veiksnių - tiek vidinių, tiek išorinių. Kai kurie yra susiję su tiesioginiais genetiniais SOD fermentus koduojančių genų defektais, kiti gali būti netiesioginiai, susiję su reguliuojančių molekulių ekspresija.
Daugybė patologinių sąlygų žmonėms yra susijusios su SOD fermentais, įskaitant nutukimą, diabetą, vėžį ir kitus.
Atsižvelgiant į vėžį, nustatyta, kad yra daugybė vėžinių navikų tipų, kurių bet kurio iš trijų žinduolių superoksido dismutazių (SOD1, SOD2 ir SOD3) lygis yra žemas.
Oksidacinis stresas, kurio neleidžia superoksido dismutazės aktyvumas, taip pat yra susijęs su kitomis sąnario patologijomis, tokiomis kaip osteoartritas, reumatoidinis artritas. Daugelis šių ligų yra susijusios su SOD aktyvumą slopinančių veiksnių, tokių kaip TNF-α, išraiška.
Nuorodos
- Fridovičius, I. (1973). Superoksido dismutazės. Annu. Biochem. , 44, 147-159.
- Johnsonas, F., ir Giulivi, C. (2005). Superoksido dismutazės ir jų poveikis žmonių sveikatai. Molekuliniai medicinos aspektai, 26, 340–352.
- Oberley, LW ir Bueftner, GR (1979). Superoksido dismutazės vaidmuo sergant vėžiu: apžvalga. Cancer Research, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoksido dismutazė augaluose. Kritinės augalų mokslų apžvalgos, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., ir Folz, R. (2002). Sugeroksido dismutazės daugiageninė šeima: CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) ir EC-SOD (SOD3) genų struktūrų, evoliucijos ir išraiškos palyginimas. Nemokama radikali biologija ir medicina, 33 (3), 337–349.