A szuperoxid-diszmutázok (SOD) vagy a szuperoxid-oxidoreduktázok mindenütt jelen levő enzimek olyan csoportja, amelyek fő feladata az aerob organizmusok védelme az oxigén szabad gyökökkel, különösen a szuperoxid anionos gyökökkel szemben.
Az a reakció, amelyet ezek az enzimek katalizálnak, gyakorlatilag minden olyan sejtben megtörténik, amelyek képesek lélegezni (aerob) és elengedhetetlenek a túléléshez, mivel eltávolítja az oxigénből a mérgező szabad gyököket az eukariótákban és a prokariótákban egyaránt.
A Cu-Zn szuperoxid-diszutáz (SOD) grafikus ábrázolása (Forrás: Jawahar Swaminathan és az MSD munkatársai az Európai Bioinformatikai Intézetben a Wikimedia Commonson keresztül)
Az állatokban sok betegség a különböző reaktív oxigénfajok felhalmozódásával kapcsolatos, és ugyanez vonatkozik a növényekre is, mivel a környezet számos és állandó típusú oxidatív stresszt okoz, amelyet a szuperoxid-diszmutázok aktivitása révén lehet legyőzni.
Ezt az enzimcsoportot 1969-ben fedezték fel McCord és Fridovich, és azóta jelentős előrelépések történtek ezen enzimek és az élőlényekben katalizált reakciók tekintetében.
jellemzők
A szuperoxid-diszmutázok nagyon nagy sebességgel reagálnak a szuperoxid gyökökkel, ami nagyon hatékony védelmi vonalat képez ezen molekulák eltávolítására.
Emlősökben SOD1, SOD2 és SOD3 néven ismert legalább három izoformát leírtak a szuperoxid-diszmutáz számára.
Ezen izoformák közül kettőnek réz- és cink-atomjai vannak a katalitikus központjában, és elhelyezkedésükben különböznek: intracelluláris (citoszolos, SOD1 vagy Cu / Zn-SOD) vagy extracelluláris elemekkel (EC-SOD vagy SOD3).
Az SOD2 vagy az Mn-SOD izoform, az előző kettőtől eltérően, kofaktorként mangánatomot tartalmaz, és úgy tűnik, hogy elhelyezkedése az aerob sejtek mitokondriumaira korlátozódik.
Az SOD1 izoenzimeket elsősorban a citoszolban találják, bár a nukleáris rekeszben és a lizoszómákban is kimutathatók. Ezzel szemben az SOD 3 izoenzimeket leírták az emberi vérplazma, nyirok és cerebrospinális folyadékokban.
Ezen izoformák mindegyikét különböző gének kódolják, de ugyanabba a családba tartoznak, és transzkripciós szabályozásukat alapvetően extra- és intracelluláris feltételek szabályozzák, amelyek különböző belső jelző kaszkádokat váltanak ki.
Egyéb szuperoxid-diszmutázok
A réz-, cink- vagy mangánionokat tartalmazó katalitikus helyekkel rendelkező szuperoxid-diszmutázok nem kizárólag az emlősökben vannak, más szervezetekben is megtalálhatók, beleértve a különböző osztályú növényeket és baktériumokat.
Van egy további csoport a szuperoxid-diszmutázok közül, amelyek nem fordulnak elő emlősökben és amelyek könnyen felismerhetők, mivel aktív helyükön vasat tartalmaznak a szuperoxid-diszmutázok más osztályaira korábban ismertetett három ion helyett.
Az E. coli-ban a vastartalmú szuperoxid-diszmutáz egy periplazma enzim, amely a légzés során képződött oxigén szabad gyökök felismeréséért és eltávolításáért is felelős. Ez az enzim hasonló ahhoz, amely sok eukarióta mitokondriumában található.
A növényeknek háromféle enzime van: azok, amelyek réz- és cinktartalmat (Cu / Zn-SOD), azok, amelyek mangánt (Mn-SOD), és azok, amelyek aktív központjában és ezekben az organizmusokban vasat (Fe-SOD) tartalmaznak. hasonló funkciókat látnak el, mint a nem növényi enzimek.
Reakció
A szuperoxid-diszmutázok szubsztrátjai szuperoxid anionok, amelyek O2-ként vannak képviselve és közbenső vegyületek az oxigén redukciós folyamatában.
A reakciót, amelyet katalizálnak, nagyjából úgy tekinthetjük, mint a szabad gyökök átalakulását (diszmutációját), hogy molekuláris oxigént és hidrogén-peroxidot képezzenek.
A hidrogén-peroxid ezt követően eltávolítható a sejtekből a glutation-peroxidáz és a kataláz enzim bármelyikének hatására, amelyek szintén fontos szerepet játszanak a sejtek védelmében.
Szerkezet
Az emberekben a szuperoxid diszmutáz izoenzimeket különbözhetnek egymástól bizonyos szerkezeti szempontból. Például az SOD1 izoenzim molekulatömege 32 kDa, míg az SOD2 és SOD3 a 95 és 135 kDa molekulatömegű homotetramerek.
A szuperoxid-diszmutázok másik csoportja, az emlősökön kívüli növényekben és szervezetekben jelen lévő Fe-SOD-k dimer enzimek azonos alegységgel, azaz homodimerek.
Egyes növényekben ezek a Fe-SOD feltételezett N-terminális szignálszekvenciát tartalmaznak a kloroplasztokba történő szállításhoz, míg mások C-terminális tripeptidszekvenciát tartalmaznak a peroxiszómákba történő szállításhoz, tehát feltételezzük, hogy szubcelluláris eloszlásuk mindkét rekeszre korlátozva.
A három típusú szuperoxid-dismutáz enzim molekuláris szerkezete lényegében alfa-heliklikákból és B-hajtogatott lemezekből áll.
Jellemzők
A szuperoxid-diszmutázok megvédik a sejteket, szerveket és testszöveteket a káros következményektől, amelyeket a szabad oxigéngyökök okozhatnak, például lipid-peroxidációt, fehérje-denaturációt és DNS-mutagenezist.
Állatokban ezek a reaktív fajok szívkárosodást is okozhatnak, felgyorsíthatják az öregedést és részt vehetnek a gyulladásos betegségek kialakulásában.
A növényeknek szintén szükségük van a szuperoxid-diszmutáz alapvető enzimatikus aktivitására, mivel a környezet számos stresszes körülményei növelik az oxidatív stresszt, azaz a káros reakcióképes fajok koncentrációját.
Emberekben és más emlősökben a szuperoxid-diszmutázra leírt három izoformának eltérő funkciója van. Az SOD2 izoenzim például részt vesz a sejtek differenciálódásában és a tumorigenezisben, valamint a hyperoxia (megnövekedett oxigénkoncentráció) által kiváltott pulmonális toxicitás elleni védelemben.
A patogén baktériumok egyes fajtáinál az SOD enzimek "virulencia faktorokként" funkcionálnak, amelyek lehetővé teszik számukra sok olyan oxidatív stressz-akadály leküzdését, amelyekkel szemben az inváziós folyamat során szembesülhetnek.
Kapcsolódó betegségek
A szuperoxid-diszmutáz aktivitás csökkenése számos tényező miatt bekövetkezhet, mind belső, mind külső. Egyesek az SOD enzimeket kódoló gének közvetlen genetikai hibáival kapcsolatosak, mások közvetettek lehetnek a szabályozó molekulák expressziójához.
Számos patológiás állapot emberben kapcsolódik az SOD enzimekhez, ideértve az elhízást, a cukorbetegséget, a rákot és másokat.
A rák szempontjából megállapítást nyert, hogy nagyszámú rákos daganattípus létezik, amelyekben a három emlős szuperoxid diszmutáz (SOD1, SOD2 és SOD3) bármelyikének alacsony szintje van.
Az oxidatív stressz, amelyet a szuperoxid-diszmutáz aktivitás megakadályoz, más ízületi patológiákkal is összefügg, például osteoarthritis, rheumatoid arthritis. Ezen betegségek közül soknak az SOD-aktivitást gátló tényezők - például a TNF-α faktor - expressziója kapcsolódik.
Irodalom
- Fridovich I. (1973). Szuperoxid-diszutázok. Annu. Biochem. 44, 147-159.
- Johnson, F. és Giulivi, C. (2005). A szuperoxid diszmutázok és ezek hatása az emberi egészségre. Molecular Aspects of Medicine, 26, 340–352.
- Oberley, LW és Bueftner, GR (1979). A szuperoxid-diszutáz szerepe a rákban: áttekintés. Cancer Research, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., és Asada, K. (2012). Szuperoxid-diszmutáz növényekben. Kritikus áttekintés a növénytudományban, 13. (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., és Folz, R. (2002). Szuperoxid-diszmutáz multigén család: a CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) és az EC-SOD (SOD3) génszerkezetek, evolúció és expresszió összehasonlítása. Ingyenes radikális biológia és orvoslás, 33 (3), 337–349.