Tieto superoxid dismutases ( SOD ), alebo superoxid oxidoreduktázy , sú skupinou enzýmov, všadeprítomné v prírode, ktorého funkcia je hlavnou obrane aeróbne proti voľných kyslíkových radikálov, a to najmä superoxid aniónové radikály.
Reakcia, ktorú tieto enzýmy katalyzujú, sa vyskytuje prakticky vo všetkých bunkách, ktoré sú schopné dýchať (aeróbne) a je nevyhnutná na ich prežitie, pretože odstraňuje toxické voľné radikály z kyslíka, a to v eukaryotoch aj prokaryotoch.
Grafické znázornenie Cu-Zn superoxid dismutázy (SOD) (Zdroj: pracovníci Jawahara Swaminathana a MSD v Európskom inštitúte pre bioinformatiku prostredníctvom Wikimedia Commons)
Mnoho chorôb zvierat súvisí s hromadením rôznych reaktívnych druhov kyslíka a to isté platí pre rastliny, pretože prostredie vyvoláva početné a konštantné typy oxidačného stresu, ktoré sú prekonané vďaka aktivite superoxiddismutáz.
Túto skupinu enzýmov objavili v roku 1969 McCord a Fridovich a odvtedy sa dosiahol značný pokrok, pokiaľ ide o tieto enzýmy a reakcie, ktoré katalyzujú v živých veciach.
vlastnosti
Superoxiddismutázy reagujú so superoxidovými radikálmi veľmi vysokou rýchlosťou, čo sa prejavuje veľmi účinnou obrannou líniou na odstránenie týchto molekúl.
U cicavcov boli opísané najmenej tri izoformy pre superoxiddismutázu známu ako SOD1, SOD2 a SOD3.
Dve z týchto izoforiem majú vo svojich katalytických centrách atómy medi a zinku a líšia sa navzájom od seba: intracelulárny (cytosolický, SOD1 alebo Cu / Zn-SOD) alebo s extracelulárnymi prvkami (EC-SOD alebo SOD3).
Izoforma SOD2 alebo Mn-SOD, na rozdiel od predchádzajúcich dvoch, má ako kofaktor atóm mangánu a zdá sa, že jej umiestnenie je obmedzené na mitochondrie aeróbnych buniek.
Izoenzýmy SOD1 sa nachádzajú hlavne v cytozole, aj keď boli tiež detekované v jadrovom kompartmente a v lyzozómoch. Na druhej strane boli opísané izoenzýmy SOD 3 v ľudskej krvnej plazme, lymfy a mozgovomiechovom moku.
Každá z týchto izoforiem je kódovaná rôznymi génmi, ale patrí do rovnakej rodiny a ich transkripčná regulácia je v podstate riadená extra- a intracelulárnymi podmienkami, ktoré spúšťajú rôzne interné signálne kaskády.
Iné superoxiddismutázy
Superoxiddismutázy s katalytickými miestami, ktoré obsahujú ióny medi a zinku alebo mangánu, nie sú pre cicavce jedinečné, vyskytujú sa aj v iných organizmoch vrátane rastlín a baktérií rôznych tried.
Existuje ďalšia skupina superoxiddismutáz, ktoré sa nenachádzajú u cicavcov a ktoré sú ľahko rozoznateľné, pretože na svojom aktívnom mieste obsahujú železo namiesto ktoréhokoľvek z troch iónov skôr opísaných pre iné triedy superoxiddismutáz.
V E. coli je superoxiddismutáza obsahujúca železo periplazmatický enzým, ktorý je zodpovedný aj za detekciu a elimináciu kyslíkových voľných radikálov generovaných počas dýchania. Tento enzým je podobný enzýmu, ktorý sa nachádza v mitochondriách mnohých eukaryotov.
Rastliny majú tri typy enzýmov: tie, ktoré obsahujú meď a zinok (Cu / Zn-SOD), tie, ktoré obsahujú mangán (Mn-SOD) a tie, ktoré obsahujú železo (Fe-SOD) v ich aktívnom centre a v týchto organizmoch. vykonávajú analogické funkcie ako funkcie rastlinných enzýmov.
reakcie
Substráty superoxiddismutáz sú superoxidové anióny, ktoré sú reprezentované ako O2- a sú medziproduktmi v procese redukcie kyslíka.
Reakciu, ktorú katalyzujú, je možné vnímať všeobecne ako transformáciu (disutáciu) voľných radikálov za vzniku molekulárneho kyslíka a peroxidu vodíka, ktoré sa uvoľňujú do média alebo sa používajú ako substrát pre iné enzýmy.
Peroxid vodíka môže byť následne z buniek eliminovaný vďaka pôsobeniu ktoréhokoľvek z enzýmov glutatión peroxidáza a kataláza, ktoré majú tiež dôležité funkcie pri ochrane buniek.
štruktúra
Izoenzýmy superoxiddismutáz u ľudí sa môžu v určitých štrukturálnych aspektoch navzájom líšiť. Napríklad izoenzým SOD1 má molekulovú hmotnosť 32 kDa, zatiaľ čo SOD2 a SOD3 sú homotetraméry s molekulovou hmotnosťou 95 a 135 kDa.
Ďalšou skupinou superoxiddismutáz, Fe-SOD prítomnými v rastlinách a organizmoch iných ako cicavce, sú dimérne enzýmy s identickými podjednotkami, to znamená, že sú homodiméry.
V niektorých rastlinách tieto Fe-SOD obsahujú predpokladanú N-koncovú signálnu sekvenciu na transport do chloroplastov a iné obsahujú C-koncovú tripeptidovú sekvenciu na transport do peroxizómov, takže sa predpokladá, že jej subcelulárna distribúcia je obmedzené na obidve oddelenia.
Molekulárna štruktúra troch typov enzýmov superoxiddismutázy sa v podstate skladá z alfa helixov a listov zložených B.
Vlastnosti
Superoxiddismutázy chránia bunky, orgány a tkanivá tela pred poškodením, ktoré môžu spôsobiť voľné kyslíkové radikály, ako je peroxidácia lipidov, denaturácia proteínov a mutagenéza DNA.
U zvierat môžu tieto reaktívne druhy tiež spôsobiť poškodenie srdca, urýchliť starnutie a podieľať sa na vývoji zápalových chorôb.
Rastliny tiež vyžadujú podstatnú enzymatickú aktivitu superoxiddismutázy, pretože veľa stresujúcich podmienok v prostredí zvyšuje oxidačný stres, to znamená koncentráciu škodlivých reaktívnych druhov.
U ľudí a iných cicavcov majú tri izoformy opísané pre superoxiddismutázu rôzne funkcie. Izoenzým SOD2 sa napríklad zúčastňuje bunkovej diferenciácie a tumorigenézy a tiež na ochrane proti pľúcnej toxicite vyvolanej hyperoxiou (zvýšená koncentrácia kyslíka).
Pre niektoré druhy patogénnych baktérií fungujú enzýmy SOD ako „faktory virulencie“, ktoré im umožňujú prekonať veľa bariér oxidačného stresu, ktorým môžu čeliť počas invazívneho procesu.
Súvisiace choroby
K zníženiu aktivity superoxiddismutázy môže dôjsť v dôsledku niekoľkých faktorov, vnútorných aj vonkajších. Niektoré sú spojené s priamymi genetickými defektmi v génoch kódujúcich enzýmy SOD, zatiaľ čo iné môžu byť nepriame, týkajúce sa expresie regulačných molekúl.
Veľký počet patologických stavov u ľudí súvisí s enzýmami SOD vrátane obezity, cukrovky, rakoviny a ďalších.
Pokiaľ ide o rakovinu, zistilo sa, že existuje veľké množstvo typov rakovinových nádorov, ktoré majú nízku hladinu niektorej z troch cicavčích superoxiddismutáz (SOD1, SOD2 a SOD3).
Oxidačný stres, ktorému aktivita superoxiddismutázy bráni, je tiež spojený s inými patológiami kĺbov, ako je osteoartritída, reumatoidná artritída. Mnohé z týchto chorôb súvisia s expresiou faktorov, ktoré inhibujú aktivitu SOD, ako je napríklad faktor TNF-a.
Referencie
- Fridovich, I. (1973). Superoxid dismutázy. Annu. Biochem. , 44, 147 - 159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Superoxiddismutázy a ich vplyv na ľudské zdravie. Molecular Aspects of Medicine, 26, 340 - 352.
- Oberley, LW, a Bueftner, GR (1979). Úloha superoxiddismutázy v rakovine: prehľad. Cancer Research, 39, 1141 - 1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoxid dismutáza v rastlinách. Critical Reviews in Plant Sciences, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Multigénová rodina superoxiddismutázy: Porovnanie génovej štruktúry CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) a EC-SOD (SOD3), evolúcie a expresie. Free Radical Biology & Medicine, 33 (3), 337–349.