СУПЕРОКСИД ДИСМУТАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На dismutases супероксидни (SOD) или супероксидни оксидоредуктази, са семейство ензими навсякъде в природата, чиято функция е основна защита на аеробните организми срещу свободните кислородни радикали, особено супероксид анионни радикали.

Реакцията, която тези ензими катализират, се проявява в почти всички клетки, които са способни да дишат (аеробни) и е от съществено значение за тяхното оцеляване, тъй като отстранява токсичните свободни радикали от кислорода, както в еукариотите, така и в прокариотите.

Графично представяне на Cu-Zn Superoxide Dismutase (SOD) (Източник: Jawahar Swaminathan и MSD служители на Европейския институт по биоинформатика чрез Wikimedia Commons)

Много заболявания при животни са свързани с натрупването на различни реактивни кислородни видове и същото важи за растенията, тъй като околната среда налага множество и постоянни видове оксидативен стрес, които се преодоляват благодарение на активността на супероксидните дисмутази.

Тази група ензими е открита през 1969 г. от Маккорд и Фридович и оттогава са постигнати значителен напредък по отношение на тези ензими и реакциите, които те катализират в живите същества.

характеристики

Супероксидните дисмутази реагират със супероксидни радикали с много висока скорост, което се превръща в много ефективна защитна линия за отстраняване на тези молекули.

При бозайници са описани поне три изоформи за супероксид дисмутаза, известни съответно като SOD1, SOD2 и SOD3.

Две от тези изоформи имат медни и цинкови атоми в своите каталитични центрове и се различават една от друга по своето местоположение: вътреклетъчни (цитозолни, SOD1 или Cu / Zn-SOD) или с извънклетъчни елементи (EC-SOD или SOD3).

Изоформата SOD2 или Mn-SOD, за разлика от предишните две, има манганов атом като кофактор и местоположението му изглежда е ограничено до митохондриите на аеробните клетки.

Изоензимите на SOD1 се намират главно в цитозола, въпреки че те също са открити в ядреното отделение и в лизозомите. От друга страна, изоензимите на SOD 3 са описани в човешка кръвна плазма, лимфа и цереброспинални течности.

Всяка от тези изоформи е кодирана от различни гени, но принадлежащи към едно и също семейство и тяхното транскрипционно регулиране по същество се контролира от извън- и вътреклетъчни условия, които задействат различни вътрешни сигнални каскади.

Други супероксидни дисмутази

Супероксидните дисмутази с каталитични места, притежаващи медни и цинкови или манганови йони, не са характерни за бозайниците, те присъстват и в други организми, включително растения и бактерии от различни класове.

Съществува допълнителна група супероксидни дисмутази, които не се срещат при бозайниците и които са лесно разпознаваеми, тъй като в активното си място съдържат желязо вместо някой от трите йона, описани по-рано за другите класове супероксидни дисмутази.

В E. coli, съдържащата желязо супероксид дисмутаза е периплазмен ензим, който е отговорен и за откриването и елиминирането на кислород без радикали, генерирани по време на дишането. Този ензим е подобен на този, открит в митохондриите на много еукариоти.

Растенията имат трите вида ензими: тези, които съдържат мед и цинк (Cu / Zn-SOD), тези, които съдържат манган (Mn-SOD) и тези, които съдържат желязо (Fe-SOD) в активния си център и в тези организми. те упражняват аналогични функции на тези на нерастителните ензими.

реакция

Субстратите на супероксид дисмутази са супероксидни аниони, които са представени като О2- и които са междинни съединения в процеса на редукция на кислорода.

Реакцията, която те катализират, може да се разглежда като цяло като трансформация (дисмутация) на свободните радикали до образуване на молекулен кислород и водороден пероксид, които се отделят в средата или се използват като субстрат за други ензими, съответно.

Впоследствие водородният пероксид може да бъде елиминиран от клетките благодарение на действието на който и да е от ензимите глутатион пероксидаза и каталаза, които също имат важни функции в защитата на клетките.

структура

Супероксидът дисмутази изоензимите при хора може да се различават един от друг в определени структурни аспекти. Например изоензимът SOD1 има 32 kDa молекулно тегло, докато SOD2 и SOD3 са хомотетрамери съответно с 95 и 135 kDa молекулно тегло.

Другата група супероксидни дисмутази, Fe-SOD, присъстващи в растения и организми, различни от бозайници, са димерни ензими с идентични субединици, тоест те са хомодимери.

В някои растения тези Fe-SOD съдържат предполагаема N-крайна сигнална последователност за транспортиране в хлоропласти, а други съдържат С-терминална трипептидна последователност за транспорт до пероксизоми, така че се предполага, че тяхното субклетъчно разпределение е ограничени до двете отделения.

Молекулната структура на трите вида ензими на супероксид дисмутаза е съставена по същество от алфа спирали и сгънати В листа.

Характеристика

Супероксидните дисмутази защитават клетките, органите и телесните тъкани от увреждането, което могат да причинят свободните кислородни радикали, като липидна пероксидация, денатурация на протеини и мутагенеза на ДНК.

При животните тези реактивни видове могат също да причинят увреждане на сърцето, да ускорят стареенето и да участват в развитието на възпалителни заболявания.

Растенията също изискват основната ензимна активност на супероксид дисмутазата, тъй като много стресови условия в околната среда увеличават оксидативния стрес, тоест концентрацията на вредните реактивни видове.

При хората и други бозайници трите изоформи, описани за супероксид дисмутаза, имат различни функции. Изоензимът SOD2 например участва в клетъчна диференциация и туморогенеза, а също и в защита срещу хипероксия (повишена концентрация на кислород), причинена от белодробна токсичност.

За някои видове патогенни бактерии ензимите на SOD функционират като "фактори на вирулентност", които им позволяват да преодолеят много бариери от оксидативен стрес, с които могат да се сблъскат по време на инвазивния процес.

Свързани заболявания

Намаляване на активността на супероксид дисмутазата може да възникне поради няколко фактора, вътрешни и външни. Някои от тях са свързани с директни генетични дефекти в гените, кодиращи SOD ензимите, докато други могат да бъдат косвени, свързани с експресията на регулаторните молекули.

Голям брой патологични състояния при хората са свързани с ензимите на SOD, включително затлъстяване, диабет, рак и други.

По отношение на рака беше установено, че има голям брой ракови типове тумори, които притежават ниски нива на която и да е от трите супероксидни дисмутази на бозайници (SOD1, SOD2 и SOD3).

Оксидативният стрес, който супероксидната дисмутазна активност предотвратява, е свързан и с други ставни патологии като остеоартрит, ревматоиден артрит. Много от тези заболявания имат връзка с експресията на фактори, които потискат SOD активността, като фактор TNF-α.

Препратки

1. Фридович, И. (1973). Супероксидни дисмутази. Annu. Преподобна Биохим., 44, 147-159.
2. Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Супероксид дисмутази и тяхното въздействие върху човешкото здраве. Молекулярни аспекти на медицината, 26, 340–352.
3. Oberley, LW, & Bueftner, GR (1979). Роля на супероксиддисмутазата в рака: преглед. Ракови изследвания, 39, 1141-1149.
4. Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Супероксид Дисмутаза в растенията. Критични рецензии в науките за растенията, 13 (3), 37–41.
5. Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Мултигенно семейство на супероксид дисмутаза: сравнение на генните структури, еволюцията и експресията на CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) и EC-SOD (SOD3). Безплатна радикална биология и медицина, 33 (3), 337–349.