Superoxiddismutáza

Superoxiddismutáza (SOD, EC 1.15.1.1 ) patří do skupiny antioxidačních enzymů . Spolu s katalázou a dalšími antioxidačními enzymy chrání lidské tělo před neustálou tvorbou vysoce toxických kyslíkových radikálů . Superoxiddismutáza katalyzuje dismutaci superoxidu na kyslík a peroxid vodíku . Hraje tedy důležitou roli v antioxidační ochraně téměř všech buněk, které jsou tak či onak v kontaktu s kyslíkem. Jednou ze vzácných výjimek je bakterie mléčného kvašení Lactiplantibacillus plantarum a jí příbuzné bakterie mléčného kvašení , které proti vznikajícímu superoxidu využívají jiný obranný mechanismus.

Reakce

Superoxidová dismutační reakce katalyzovaná superoxiddismutázou může být rozdělena na dvě části (částečné reakce) takto:

• M (n+1)+  − SOD + O 2 − → M n+ − SOD + O 2
• Mn + − SOD + 02 − + 2H + → M (n+1)+ − SOD + H202 .

kde M (přechodný kov ) = Cu (n=1); Mn (n=2); Fe (n=2); Ni (n=2).

Při této reakci osciluje oxidační stav kovového kationtu mezi n a n+1.

Typy

Úvod

Existuje několik forem superoxiddismutázy v závislosti na typu kofaktoru přechodného kovu aktivního místa enzymu : Cu , Zn -SOD ( měď jako kofaktor aktivního místa a zinek jako kofaktor stabilizující konformaci ), Mn -SOD (s manganem v aktivní místo), stejně jako méně běžné Fe -SOD (se železem )) a Ni -SOD (s niklem ).

• Cytosol téměř všech eukaryotických buněk obsahuje superoxiddismutázu typu Cu,Zn-SOD. Je to nejhojnější superoxiddismutáza a jediná komerčně dostupná forma enzymu (obecně izolovaná buď z erytrocytů nebo hovězích jater : PDB 1SXA archivováno 29. března 2008 na Wayback Machine , EC 1.15.1.1). Cu,Zn-SOD je homodimer (tj. sestávající ze dvou identických podjednotek), molekulová hmotnost 32,5 kDa. Proteinové podjednotky jsou vzájemně spojeny především hydrofobními a elektrostatickými vazbami . Měď a zinek jsou spojeny s proteinovou částí molekuly prostřednictvím histidinových zbytků.
• Mitochondrie eukaryotických buněk a řada bakterií obsahují superoxiddismutázu s Mn (Mn-SOD). Například lidská mitochondriální SOD: PDB 1N0J  (nedostupný odkaz) , EC 1.15.1.1, molekulová hmotnost 86-88 kDa. Mangan v tomto enzymu je koordinován na protein prostřednictvím 3-histidinu a aspartátu a na vodu nebo hydroxylový ligand, v závislosti na oxidačním stavu Mn (Mn(II) nebo Mn(III)).
• E. coli a mnoho dalších bakterií obsahuje železné (Fe-SOD) formy enzymu, jiné obsahují mangan (Mn-SOD) a některé obojí. ( E. coli Fe-SOD: PDB 1ISA archivováno 29. března 2008 ve Wayback Machine , EC 1.15.1.1). Aktivní místa Mn- a Fe-SOD obsahují stejné aminokyseliny v postranních řetězcích.

Člověk

V lidském těle existují tři typy SOD. SOD1 se nachází v cytoplazmě , SOD2 je v mitochondriích a SOD3 je extracelulární (extracelulární) forma. První forma je dimerní, zatímco druhá a třetí forma jsou tetramerní (skládající se ze 4 stejných podjednotek). SOD1 a SOD3 obsahují měď v aktivním centru a zinek jako strukturální složku a SOD2 obsahuje mangan v aktivním centru. Geny těchto forem jsou lokalizovány na chromozomech 21, 6 a 4 (21q22.1, 6q25.3 a 4p15.3–p15.1). Cytosolický SOD1 je malý protein s molekulovou hmotností 32,5 kDa, molekulová hmotnost mitochondriálního SOD2 je asi 86-88 kDa. Extracelulární SOD3 je největší superoxiddismutáza s molekulovou hmotností 135 kDa.

Biochemie

Superoxidový radikál (O 2 − ) se spontánně poměrně rychle rozpadá na kyslík O 2 a peroxid vodíku H 2 O 2 (~10 5 M −1 s −1 při pH 7). Nicméně, superoxid reaguje ještě rychleji s některými jinými cílovými molekulami, jako je oxid dusnatý NO, za vzniku peroxydusitanu v procesu . Avšak superoxiddismutáza má nejvyšší známou rychlost katalytické reakce (~10 9 M −1 s −1 ). Reakce je omezena pouze frekvencí srážky superoxidu s enzymem (tzv. difúzně omezená reakce ), díky které superoxiddismutáza chrání buňku před škodlivými účinky superoxidu.

Fyziologie

Superoxid je jedním z hlavních prooxidantů v buňce, takže SOD hraje jednu z klíčových rolí v antioxidační obraně těla. Role tohoto enzymu byla experimentálně prokázána: myši, které postrádají mitochondriální SOD, přežijí jen několik dní po narození, protože se u nich rozvine těžký oxidační stres .

Role v patologii

Mutace v lidském SOD1 mohou způsobit amyotrofickou laterální sklerózu , onemocnění motorických neuronů . Mechanismus vývoje tohoto onemocnění s těmito mutacemi však není znám, protože enzymatická aktivita superoxiddismutázy se nemění.

Odkazy

1. A. V. Peskin, C. C. Winterbourn. Test na mikrotitrační destičce na superoxiddismutázu za použití ve vodě rozpustné tetrazoliové soli (WST-1  )  // Clinica Chimica Acta : deník. - 2000. - Sv. 293 . - S. 157-166 .
2. Campana, F. Topická superoxiddismutáza snižuje ibrózu rakoviny prsu po ozáření  //  Journal of Cellular and Molecular Medicine : deník. - 2004. - Sv. 8 , č. 1 . - str. 109-116 . Volný text – PDF 333 kB
3. Li, Y.; Huang, T. T.; Carlson, EJ; Melov, S.; Ursell, PC; Olson, JL; Noble, LJ; Yoshimura, MP; Berger, C.; Chan, P.H.; a kol. Dilatační kardiomyopatie a neonatální letalita u mutantních myší postrádajících mangan superoxiddismutázu. Nat. Genet. 11:376-381; 1995.
4. Elchuri, S.; Oberley, T.D.; Qi, W.; Eisenstein, R.S.; Jackson Roberts, L.; Van Remmen, H.; Epstein, CJ; Huang, TT Deficit CuZnSOD vede k trvalému a rozsáhlému oxidativnímu poškození a hepatokarcinogenezi později v životě. Oncogene 24: 367-380; 2005.
5. Muller, F. L.; Song, W.; Liu, Y.; Chaudhuri, A.; Pieke-Dahl, S.; Strong, R.; Huang, T.T.; Epstein, CJ; Roberts, LJ, 2.; Csete, M.; Faulkner, JA; Van Remmen, H. Absence CuZn superoxiddismutázy vede ke zvýšenému oxidačnímu stresu a akceleraci věkově závislé atrofie kosterního svalstva. Volné radikály. Biol. Med. 40:1993-2004; 2006.
6. Sentman, M.L.; Granstrom, M.; Jacobson, H.; Reaume, A.; Basu, S.; Marklund, S. L. Fenotypy myší postrádající extracelulární superoxiddismutázu a superoxiddismutázu obsahující měď a zinek. J Biol. Chem. 281:6904-6909; 2006.

Viz také

• kataláza
• Peroxiredoxiny
• Diethyldithiokarbamát sodný

Odkazy

• OMIM 147450 (SOD1), OMIM 147460 (SOD2), OMIM 185490 (SOD3) a OMIM 105400 (ALS)
• Amyotrofní laterální skleróza
• Dobrý přehled literatury o SOD.
• Teorie stárnutí založené na poškození Úloha superoxiddismutázy při stárnutí.

Slovníky a encyklopedie	Velká Katalánština velká čínština Britannica (online)
V bibliografických katalozích	NDL : 00576856