Tyto superoxid dismutases (SOD), nebo superoxid oxidoreduktázy, jsou skupinou enzymů, všudypřítomné v přírodě, jehož funkce je hlavní obraně aerobní proti volných kyslíkových radikálů, a to zejména superoxid aniontové radikály.
Reakce, kterou tyto enzymy katalyzují, probíhá prakticky ve všech buňkách, které jsou schopné dýchat (aerobně) a je nezbytná pro jejich přežití, protože odstraňuje toxické volné radikály z kyslíku, a to jak v eukaryotech, tak v prokaryotech.
Grafické znázornění Cu-Zn Superoxid Dismutase (SOD) (Zdroj: Zaměstnanci Jawahara Swaminathana a MSD v Evropském institutu bioinformatiky prostřednictvím Wikimedia Commons)
Mnoho nemocí u zvířat souvisí s hromaděním různých reaktivních druhů kyslíku, a to samé platí pro rostliny, protože prostředí vyvolává četné a konstantní typy oxidačního stresu, které jsou překonány díky aktivitě superoxiddismutáz.
Tato skupina enzymů byla objevena v roce 1969 McCordem a Fridovichem a od té doby bylo dosaženo značného pokroku, pokud jde o tyto enzymy a reakce, které katalyzují v živých věcech.
vlastnosti
Superoxiddismutázy reagují se superoxidovými radikály velmi vysokou rychlostí, což se promítá do velmi účinné linie obrany pro odstranění těchto molekul.
U savců byly popsány nejméně tři izoformy pro superoxiddismutázu známou jako SOD1, SOD2 a SOD3.
Dvě z těchto izoforem mají ve svých katalytických centrech atomy mědi a zinku a liší se navzájem ve svém umístění: intracelulární (cytosolický, SOD1 nebo Cu / Zn-SOD) nebo s extracelulárními prvky (EC-SOD nebo SOD3).
Izoforma SOD2 nebo Mn-SOD, na rozdíl od předchozích dvou, má jako kofaktor atom manganu a zdá se, že její umístění je omezeno na mitochondrie aerobních buněk.
Izoenzymy SOD1 se vyskytují hlavně v cytosolu, i když byly také detekovány v jaderném kompartmentu a v lysozomech. Na druhé straně byly popsány isoenzymy SOD 3 v lidské krevní plazmě, lymfu a mozkomíšním moku.
Každá z těchto isoforem je kódována různými geny, ale patřící do stejné rodiny, a jejich transkripční regulace je v podstatě řízena extra- a intracelulárními podmínkami, které spouštějí různé interní signální kaskády.
Jiné superoxiddismutázy
Superoxiddismutázy s katalytickými místy, které obsahují ionty mědi, zinku nebo manganu, nejsou pro savce jedinečné, vyskytují se také v jiných organismech včetně rostlin a bakterií různých tříd.
Existuje další skupina superoxiddismutáz, které se u savců nenacházejí a které jsou snadno rozpoznatelné, protože ve svém aktivním místě obsahují železo místo kteréhokoli ze tří výše popsaných iontů pro jiné třídy superoxiddismutáz.
V E. coli je superoxiddismutáza obsahující železo periplazmatický enzym, který je také zodpovědný za detekci a eliminaci kyslíkových volných radikálů generovaných během dýchání. Tento enzym je podobný enzymu, který se nachází v mitochondriích mnoha eukaryot.
Rostliny mají tři typy enzymů: ty, které obsahují měď a zinek (Cu / Zn-SOD), ty, které obsahují mangan (Mn-SOD) a ty, které obsahují železo (Fe-SOD) ve svém aktivním centru a v těchto organismech. vykonávají analogické funkce jako funkce rostlinných enzymů.
Reakce
Substráty superoxiddismutáz jsou superoxidové anionty, které jsou reprezentovány jako O2- a jsou meziprodukty v procesu redukce kyslíku.
Reakci, kterou katalyzují, lze široce chápat jako transformaci (disutaci) volných radikálů za vzniku molekulárního kyslíku a peroxidu vodíku, které se uvolňují do média nebo se používají jako substrát pro jiné enzymy.
Peroxid vodíku může být následně z buněk eliminován díky působení některého z enzymů glutathion peroxidáza a kataláza, které mají také důležité funkce v ochraně buněk.
Struktura
Izoenzymy superoxiddismutáz u lidí se mohou v určitých strukturálních aspektech navzájem lišit. Například isoenzym SOD1 má molekulovou hmotnost 32 kDa, zatímco SOD2 a SOD3 jsou homotetramery s molekulovou hmotností 95 a 135 kDa.
Druhou skupinou superoxiddismutáz, Fe-SOD přítomnými v rostlinách a organismech jiných než savci, jsou dimerní enzymy se stejnými podjednotkami, tj. Jsou to homodimery.
V některých rostlinách tyto Fe-SOD obsahují domnělou N-koncovou signální sekvenci pro transport do chloroplastů a jiné obsahují C-koncovou tripeptidovou sekvenci pro transport do peroxisomů, takže se předpokládá, že její subcelulární distribuce je omezeno na oba oddíly.
Molekulární struktura tří typů enzymů superoxiddismutázy je v podstatě tvořena alfa helixy a B-skládanými listy.
Funkce
Superoxiddismutázy chrání buňky, orgány a tkáně těla před poškozením, které mohou způsobit volné kyslíkové radikály, jako je peroxidace lipidů, denaturace proteinů a mutageneze DNA.
U zvířat mohou tyto reaktivní druhy také způsobit poškození srdce, urychlit stárnutí a podílet se na vývoji zánětlivých onemocnění.
Rostliny také vyžadují esenciální enzymatickou aktivitu superoxiddismutázy, protože mnoho stresujících podmínek v prostředí zvyšuje oxidační stres, tj. Koncentraci škodlivých reaktivních druhů.
U lidí a jiných savců mají tři isoformy popsané pro superoxiddismutázu různé funkce. Izoenzym SOD2 se například podílí na buněčné diferenciaci a tumorigenezi a také na ochraně proti plicní toxicitě vyvolané hyperoxií (zvýšená koncentrace kyslíku).
U některých druhů patogenních bakterií fungují enzymy SOD jako „virulentní faktory“, které jim umožňují překonat mnoho bariér oxidačního stresu, kterým mohou během invazivního procesu čelit.
Související nemoci
K poklesu aktivity superoxiddismutázy může dojít v důsledku několika faktorů, interních i externích. Některé jsou spojeny s přímými genetickými defekty v genech kódujících SOD enzymy, zatímco jiné mohou být nepřímé, související s expresí regulačních molekul.
Velké množství patologických stavů u lidí souvisí s enzymy SOD, včetně obezity, cukrovky, rakoviny a dalších.
Pokud jde o rakovinu, bylo zjištěno, že existuje velké množství typů rakovinných nádorů, které mají nízké hladiny kterékoli ze tří savčích superoxiddismutáz (SOD1, SOD2 a SOD3).
Oxidační stres, kterému aktivita superoxiddismutázy brání, je také spojen s dalšími patologiemi kloubů, jako je osteoartritida, revmatoidní artritida. Mnoho z těchto onemocnění souvisí s expresí faktorů, které inhibují aktivitu SOD, jako je faktor TNF-a.
Reference
- Fridovich, I. (1973). Superoxiddismutázy. Annu. Biochem., 44, 147-159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Superoxiddismutázy a jejich dopad na lidské zdraví. Molecular Aspects of Medicine, 26, 340–352.
- Oberley, LW, a Bueftner, GR (1979). Úloha superoxiddismutázy v rakovině: přehled. Cancer Research, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoxid dismutáza v rostlinách. Critical Reviews in Plant Sciences, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Multigenová rodina superoxiddismutázy: Srovnání CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) a EC-SOD (SOD3) genových struktur, evoluce a exprese. Free Radical Biology & Medicine, 33 (3), 337–349.