V superoksid dismutases ( SOD ) ali superoksid oksidoreduktaze , so družina encimov navzoč v naravi, katerega funkcija je glavna obrambi aerobnimi organizmi proti kisikovih prostih radikalov, zlasti superoksid anionski radikali.
Reakcija, ki jo ti encimi katalizirajo, se zgodi v skoraj vseh celicah, ki lahko dihajo (aerobno) in je ključna za njihovo preživetje, saj odstranjuje strupene proste radikale iz kisika, tako v evkariotih kot v prokariotih.
Grafična predstavitev Cu-Zn Superoksid Dismutase (SOD) (Vir: Jawahar Swaminathan in osebje MSD v Evropskem inštitutu za bioinformatiko prek Wikimedia Commons)
Številne bolezni pri živalih so povezane z kopičenjem različnih reaktivnih kisikovih vrst, enako pa velja tudi za rastline, saj okolje nalaga številne in konstantne vrste oksidativnega stresa, ki jih premagujemo zaradi delovanja superoksidnih dismutaz.
To skupino encimov sta leta 1969 odkrila McCord in Fridovich in od takrat je bilo v zvezi s temi encimi in reakcijami, ki jih katalizirajo v živih stvareh, dosežen velik napredek.
značilnosti
Superoksidne dismutaze reagirajo s superoksidnimi radikali z zelo visokimi hitrostmi, kar pomeni zelo učinkovito obrambno črto za odstranitev teh molekul.
Pri sesalcih so bile opisane vsaj tri izoforme za superoksid dismutazo, znano SOD1, SOD2 in SOD3.
Dva izmed teh izoform imata bakrove in cinkove atome v svojih katalitičnih centrih in se med seboj razlikujejo po svoji lokaciji: znotrajcelični (citosolni, SOD1 ali Cu / Zn-SOD) ali z zunajceličnimi elementi (EC-SOD ali SOD3).
Izoforma SOD2 ali Mn-SOD ima za razliko od prejšnjih dveh atom mangana kot kofaktor in zdi se, da je njegova lokacija omejena na mitohondrije aerobnih celic.
Izoencimi SOD1 najdemo predvsem v citosolu, čeprav so bili odkriti tudi v jedrskem oddelku in v lizosomih. Po drugi strani so bili opisani izoencimi SOD 3 v človeški krvni plazmi, limfi in cerebrospinalnih tekočinah.
Vsako od teh izoform kodirajo različni geni, vendar pripadajo isti družini, njihovo transkripcijsko regulacijo pa v bistvu nadzirajo zunaj- in znotrajcelični pogoji, ki sprožijo različne notranje signalne kaskade.
Druge superoksidne dismutaze
Superoksidne dismutaze s katalitičnimi mesti, ki imajo bakrove in cinkove ali manganove ione, niso značilne za sesalce, prisotne so tudi v drugih organizmih, vključno z rastlinami in bakterijami različnih razredov.
Obstaja dodatna skupina superoksidnih dismutaz, ki jih pri sesalcih ni in jih je enostavno prepoznati, saj na svojem aktivnem mestu vsebujejo železo namesto katerega koli od treh ionov, ki so bili predhodno opisani za druge razrede superoksidnih dismutaz.
V E. coli je superoksidna dismutaza, ki vsebuje železo, periplazemski encim, ki je odgovoren tudi za odkrivanje in izločanje ostankov kisika brez kisika, ki nastanejo med dihanjem. Ta encim je podoben tistemu, ki ga najdemo v mitohondrijih številnih evkariontov.
Rastline imajo tri vrste encimov: tiste, ki vsebujejo baker in cink (Cu / Zn-SOD), tiste, ki vsebujejo mangan (Mn-SOD) in tiste, ki vsebujejo železo (Fe-SOD) v svojem aktivnem centru in v teh organizmih. izvajajo analogne funkcije kot ne rastlinski encimi.
Reakcija
Substrati superoksidnih dismutaz so antagonisti superoksida, ki so predstavljeni kot O2- in so vmesne spojine v procesu redukcije kisika.
Reakcijo, ki jo katalizirajo, lahko gledamo na splošno kot pretvorbo (dismutacijo) prostih radikalov, da tvorijo molekulski kisik in vodikov peroksid, ki se sprostita v medij ali uporabita kot substrat za druge encime.
Vodik peroksid se lahko pozneje izloči iz celic zahvaljujoč delovanju katerega koli od encimov glutation peroksidaze in katalaze, ki imata tudi pomembne funkcije pri zaščiti celic.
Struktura
Izoencimi superoksid dismutaze pri ljudeh se lahko med seboj razlikujejo v nekaterih strukturnih vidikih. Na primer, izomim SOD1 ima molekulsko maso 32 kDa, SOD2 in SOD3 pa homotetramere z molekulsko maso 95 in 135 kDa.
Druga skupina superoksidnih dismutaz, Fe-SOD, prisotni v rastlinah in organizmih, ki niso sesalci, so dimerni encimi z enakimi podenotami, torej so homodimeri.
V nekaterih rastlinah ti Fe-SOD vsebujejo domnevno N-terminalno signalno sekvenco za transport v kloroplaste, druge pa vsebujejo C-terminalno tripeptidno zaporedje za transport v peroksizome, zato se domneva, da je njihova podcelična porazdelitev omejena na oba predelka.
Molekularna zgradba treh vrst encimov superoksid dismutaze je v bistvu sestavljena iz alfa vijačnic in B-prepognjenih listov.
Lastnosti
Superoksid dismutaze brani celice, organe in telesna tkiva pred poškodbami, ki jih lahko povzročijo prosti kisikovi radikali, kot so lipidna peroksidacija, denaturacija beljakovin in mutageneza DNA.
Pri živalih lahko te reaktivne vrste povzročijo tudi poškodbe srca, pospešijo staranje in sodelujejo pri razvoju vnetnih bolezni.
Rastline potrebujejo tudi bistveno encimsko aktivnost superoksidne dismutaze, saj številne stresne razmere v okolju povečajo oksidativni stres, to je koncentracijo škodljivih reaktivnih vrst.
Trije izoformi, opisani za superoksid dismutazo, imajo pri ljudeh in drugih sesalcih različne funkcije. Izoencim SOD2 na primer sodeluje pri celični diferenciaciji in tumorigenezi in tudi pri zaščiti pred hiperoksijo (povišana koncentracija kisika), ki jo povzroča pljučna toksičnost.
Za nekatere vrste patogenih bakterij encimi SOD delujejo kot "virulenčni dejavniki", ki jim omogočajo, da premagajo številne oksidativne stresne ovire, s katerimi se lahko soočijo med invazijskim procesom.
Sorodne bolezni
Zmanjšanje aktivnosti superoksid dismutaze se lahko pojavi zaradi več dejavnikov, notranjih in zunanjih. Nekateri so povezani z neposrednimi genetskimi okvarami genov, ki kodirajo encime SOD, medtem ko so drugi lahko posredni, povezani z izražanjem regulativnih molekul.
Veliko število patoloških stanj pri ljudeh je povezano z encimi SOD, vključno z debelostjo, diabetesom, rakom in drugimi.
Glede raka je bilo ugotovljeno, da obstaja veliko število vrst rakavih tumorjev, ki imajo nizko raven katere koli od treh sumeroksidnih dismutaz sesalcev (SOD1, SOD2 in SOD3).
Oksidativni stres, ki preprečuje delovanje superoksid dismutaze, je povezan tudi z drugimi sklepi patologij, kot so osteoartritis, revmatoidni artritis. Mnoge od teh bolezni so povezane z izražanjem dejavnikov, ki zavirajo aktivnost SOD, kot je faktor TNF-α.
Reference
- Fridovič, I. (1973). Superoksidne dismutases. Annu Rev. Biochem. , 44, 147–159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Superoksid dismutaze in njihov vpliv na zdravje ljudi. Molekularni vidiki medicine, 26, 340–352.
- Oberley, LW, & Bueftner, GR (1979). Vloga superoksidne dizmutaze pri raku: pregled. Cancer Research, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., in Asada, K. (2012). Superoksidna dismutaza v rastlinah. Kritični pregledi v rastlinskih znanostih, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Družina multigenov superoksidne dismutaze: Primerjava genskih struktur CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) in EC-SOD (SOD3), genskih struktur, evolucije in ekspresije. Prosta radikalna biologija in medicina, 33 (3), 337–349.