De superoksyd dismutaser ( SOD ) eller superoksyd oksidoreduktaser , er en familie av enzymer allestedsnærværende i naturen, hvis funksjon er hovedkanten og de aerobe organismene mot oksygenradikaler, spesielt superoksid anioniske radikaler.
Reaksjonen som disse enzymene katalyserer, forekommer i praktisk talt alle celler som er i stand til å puste (aerob) og er avgjørende for deres overlevelse, da den fjerner giftige frie radikaler fra oksygen, både i eukaryoter og prokaryoter.
Grafisk representasjon av en Cu-Zn Superoxide Dismutase (SOD) (Kilde: Jawahar Swaminathan og MSD-ansatte ved European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)
Mange sykdommer hos dyr er relatert til opphopning av forskjellige reaktive oksygenarter, og det samme er tilfelle for planter, siden miljøet påfører mange og konstante typer oksidativt stress som overvinnes takket være aktiviteten til superoksyd-disutaser.
Denne gruppen av enzymer ble oppdaget i 1969 av McCord og Fridovich, og siden har det blitt gjort betydelige fremskritt når det gjelder disse enzymene og reaksjonene de katalyserer i levende ting.
kjennetegn
Superoksyd-disutaser reagerer med superoksydradikaler med meget høye hastigheter, noe som betyr en veldig effektiv forsvarslinje for fjerning av disse molekylene.
Hos pattedyr er minst tre isoformer beskrevet for henholdsvis superoksyd-dismutase kjent som SOD1, SOD2 og SOD3.
To av disse isoformene har kobber- og sinkatomer i sine katalytiske sentre og skiller seg fra hverandre på deres plassering: intracellulær (cytosolisk, SOD1 eller Cu / Zn-SOD) eller med ekstracellulære elementer (EC-SOD eller SOD3).
SOD2- eller Mn-SOD-isoformen, i motsetning til de to foregående, har et manganatom som en kofaktor og dets beliggenhet ser ut til å være begrenset til mitokondriene til aerobe celler.
SOD1-isoenzymer finnes hovedsakelig i cytosol, selv om de også er blitt påvist i kjernefysisk rom og i lysosomer. SOD 3 isoenzymer er derimot beskrevet i humant blodplasma, lymfe og cerebrospinalvæske.
Hver av disse isoformene er kodet av forskjellige gener, men tilhører samme familie, og deres transkripsjonsregulering er i hovedsak kontrollert av ekstra- og intracellulære forhold, som utløser forskjellige interne signaleringskaskader.
Andre superoksidutslipp
Superoksid-disutaser med katalytiske steder som har kobber og sink eller manganioner er ikke unike for pattedyr, de er også til stede i andre organismer, inkludert planter og bakterier fra forskjellige klasser.
Det er en tilleggsgruppe av superoksyd-disutaser, som ikke finnes i pattedyr, og som er lett gjenkjennelige, fordi de på deres aktive sted inneholder jern i stedet for noen av de tre ioner som tidligere er beskrevet for de andre klassene av superoksyd-disutaser.
I E. coli er den jernholdige superoksyd-dismutasen et periplasmatisk enzym som også er ansvarlig for påvisning og eliminering av oksygenfrie radikaler generert under respirasjon. Dette enzymet ligner det som finnes i mitokondriene til mange eukaryoter.
Planter har de tre typene enzymer: de som inneholder kobber og sink (Cu / Zn-SOD), de som inneholder mangan (Mn-SOD) og de som inneholder jern (Fe-SOD) i deres aktive senter og i disse organismer. de utøver analoge funksjoner som for ikke-vegetabilske enzymer.
Reaksjon
Substratene til superoksyd-disutaser er superoksyd-anioner, som er representert som O2- og er mellomforbindelser i oksygenreduksjonsprosessen.
Reaksjonen de katalyserer, kan sees bredt som transformasjonen (nedbryting) av frie radikaler til dannelse av molekylært oksygen og hydrogenperoksyd, som frigjøres til mediet eller brukes som et substrat for henholdsvis andre enzymer.
Hydrogenperoksyd kan deretter fjernes fra celler takket være virkningen av hvilke som helst av enzymene glutathione peroxidase og katalase, som også har viktige funksjoner i cellebeskyttelsen.
Struktur
Superoksid-disutasen isoenzymer hos mennesker kan avvike fra hverandre i visse strukturelle aspekter. For eksempel har isozymet SOD1 32 kDa molekylvekt, mens SOD2 og SOD3 er homotetramere på henholdsvis 95 og 135 kDa molekylvekt.
Den andre gruppen av superoksyd-disutaser, Fe-SOD som er til stede i planter og andre organismer enn pattedyr, er dimere enzymer av identiske underenheter, det vil si at de er homodimerer.
I noen planter inneholder disse Fe-SOD en formodet N-terminal signal-sekvens for transport til kloroplaster, og andre inneholder en C-terminal tripeptidsekvens for transport til peroksisomer, så den undercellulære fordelingen antas å være begrenset til begge avdelingene.
Molekylstrukturen til de tre typene superoksyd-dismutaseenzymer består hovedsakelig av alfa-helikser og B-brett ark.
Egenskaper
Superoksid-disutaser beskytter celler, organer og kroppsvev fra skaden som oksygenfrie radikaler kan forårsake, for eksempel lipidperoksidasjon, proteindenaturering og DNA-mutagenese.
Hos dyr kan disse reaktive artene også forårsake hjerteskade, akselerere aldring og delta i utviklingen av betennelsessykdommer.
Planter krever også den essensielle enzymatiske aktiviteten til superoksyd-dismutase, siden mange belastende forhold i miljøet øker oksidativt stress, det vil si konsentrasjonen av skadelige reaktive arter.
Hos mennesker og andre pattedyr har de tre isoformene som er beskrevet for superoksyd-dismutase forskjellige funksjoner. SOD2-isoenzym deltar for eksempel i celledifferensiering og tumorigenese og også i beskyttelse mot hyperoksi (forhøyet oksygenkonsentrasjon) -indusert lungetoksisitet.
For noen arter av sykdomsfremkallende bakterier fungerer SOD-enzymer som "virulensfaktorer" som lar dem overvinne mange oksidative stressbarrierer som de kan møte under invasjonsprosessen.
Beslektede sykdommer
En reduksjon i superoksid-dismutase-aktivitet kan oppstå på grunn av flere faktorer, både interne og eksterne. Noen er relatert til direkte genetiske defekter i genene som koder for SOD-enzymer, mens andre kan være indirekte, relatert til uttrykk av regulatoriske molekyler.
Et stort antall patologiske tilstander hos mennesker er relatert til SOD-enzymer, inkludert overvekt, diabetes, kreft og andre.
Med hensyn til kreft er det blitt bestemt at det er et stort antall kreftsvulster som inneholder lave nivåer av noen av de tre pattedyrs superoksyd-disutaser (SOD1, SOD2 og SOD3).
Det oksidative stresset som superoksyd dismutase-aktivitet forhindrer, er også assosiert med andre leddpatologier som slitasjegikt, revmatoid artritt. Mange av disse sykdommene har å gjøre med uttrykk for faktorer som hemmer SOD-aktivitet, for eksempel faktor TNF-α.
referanser
- Fridovich, I. (1973). Superoksid-utslipp. Annu. Pastor Biochem. , 44, 147-159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Superoksid-disutaser og deres innvirkning på menneskers helse. Molekylære aspekter av medisin, 26, 340–352.
- Oberley, LW, & Bueftner, GR (1979). Rollen til superoksydmutase i kreft: En gjennomgang. Kreftforskning, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoksid-disutase i planter. Kritiske anmeldelser i plantevitenskap, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Superoksid dismutase Multigene Family: En sammenligning av CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) og EC-SOD (SOD3) genstrukturer, evolusjon og uttrykk. Free Radical Biology & Medicine, 33 (3), 337–349.