Các superoxide dismutases ( SOD ) hoặc superoxide oxidoreductases , là một họ các enzym phổ biến trong tự nhiên, có chức năng chính là bảo vệ các sinh vật hiếu khí chống lại các gốc tự do oxy, đặc biệt là các gốc anion superoxide.
Phản ứng mà các enzym này xúc tác xảy ra ở hầu hết tất cả các tế bào có khả năng thở (hiếu khí) và cần thiết cho sự tồn tại của chúng, vì nó loại bỏ các gốc tự do độc hại khỏi oxy, cả ở sinh vật nhân thực và sinh vật nhân sơ.
Biểu diễn đồ họa của Cu-Zn Superoxide Dismutase (SOD) (Nguồn: Jawahar Swaminathan và nhân viên MSD tại Viện Tin học Sinh học Châu Âu qua Wikimedia Commons)
Nhiều bệnh ở động vật có liên quan đến sự tích tụ của các loại oxy phản ứng khác nhau, và điều này cũng đúng đối với thực vật, vì môi trường áp đặt nhiều loại stress oxy hóa liên tục được khắc phục nhờ hoạt động của superoxide dismutases.
Nhóm enzym này được phát hiện vào năm 1969 bởi McCord và Fridovich và kể từ đó, những tiến bộ đáng kể đã đạt được liên quan đến các enzym này và các phản ứng mà chúng xúc tác trong sinh vật.
nét đặc trưng
Superoxide dismutases phản ứng với các gốc superoxide ở tốc độ rất cao, biến thành một tuyến phòng thủ rất hiệu quả để loại bỏ các phân tử này.
Ở động vật có vú, ít nhất ba dạng đồng dạng đã được mô tả cho superoxide dismutase được gọi là SOD1, SOD2 và SOD3, tương ứng.
Hai trong số các đồng dạng này có các nguyên tử đồng và kẽm trong các trung tâm xúc tác của chúng và khác nhau về vị trí của chúng: trong tế bào (cytosolic, SOD1 hoặc Cu / Zn-SOD) hoặc với các phần tử ngoại bào (EC-SOD hoặc SOD3).
Đồng dạng SOD2 hoặc Mn-SOD, không giống như hai dạng trước, có nguyên tử mangan như một đồng yếu tố và vị trí của nó dường như bị giới hạn trong ty thể của các tế bào hiếu khí.
Các isoenzyme SOD1 được tìm thấy chủ yếu trong tế bào, mặc dù chúng cũng đã được phát hiện trong ngăn nhân và trong các lysosome. Ngược lại, isoenzyme SOD 3 đã được mô tả trong huyết tương, bạch huyết và dịch não tủy của con người.
Mỗi dạng đồng dạng này được mã hóa bởi các gen khác nhau, nhưng thuộc cùng một họ, và cơ chế điều hòa phiên mã của chúng về cơ bản được kiểm soát bởi các điều kiện ngoại bào và nội bào, kích hoạt các dòng tín hiệu bên trong khác nhau.
Các chất khử superoxide khác
Superoxide dismutase với các vị trí xúc tác sở hữu các ion đồng và kẽm hoặc mangan không chỉ có ở động vật có vú, chúng cũng có trong các sinh vật khác bao gồm thực vật và vi khuẩn thuộc các lớp khác nhau.
Có một nhóm bổ sung của superoxide dismutases, không được tìm thấy ở động vật có vú, và có thể dễ dàng nhận ra, vì trong vị trí hoạt động của chúng chứa sắt thay vì bất kỳ ion nào trong số ba ion được mô tả trước đây cho các loại superoxide dismutases khác.
Ở E. coli, superoxide dismutase có chứa sắt là một loại enzyme ngoại chất, cũng chịu trách nhiệm phát hiện và loại bỏ các gốc oxy tự do sinh ra trong quá trình hô hấp. Enzyme này tương tự như enzyme được tìm thấy trong ti thể của nhiều sinh vật nhân chuẩn.
Thực vật có ba loại enzym: loại chứa đồng và kẽm (Cu / Zn-SOD), loại chứa mangan (Mn-SOD) và loại chứa sắt (Fe-SOD) ở trung tâm hoạt động của chúng và trong các sinh vật này. chúng thực hiện các chức năng tương tự như chức năng của các enzym không phải thực vật.
Phản ứng
Cơ chất của superoxide dismutases là các anion superoxide, được đại diện là O2- và là các hợp chất trung gian trong quá trình khử oxy.
Phản ứng mà chúng xúc tác có thể được xem một cách rộng rãi là sự biến đổi (quá trình khử) của các gốc tự do để tạo thành oxy phân tử và hydro peroxit, chúng được giải phóng vào môi trường hoặc được sử dụng làm chất nền cho các enzym khác.
Sau đó, hydro peroxit có thể được loại bỏ khỏi tế bào nhờ hoạt động của bất kỳ enzym nào trong số các enzym glutathione peroxidase và catalase, cũng có các chức năng quan trọng trong việc bảo vệ tế bào.
Kết cấu
Các isoenzyme superoxide dismutases ở người có thể khác nhau ở một số khía cạnh cấu trúc nhất định. Ví dụ, isozyme SOD1 có trọng lượng phân tử 32 kDa, trong khi SOD2 và SOD3 là các đồng phân tương ứng có trọng lượng phân tử 95 và 135 kDa.
Một nhóm khác của superoxide dismutases, Fe-SOD có trong thực vật và các sinh vật khác không phải động vật có vú, là các enzym dimeric của các tiểu đơn vị giống hệt nhau, tức là chúng là các mô-đun hóa học.
Ở một số thực vật, những Fe-SOD này chứa trình tự tín hiệu đầu N giả định để vận chuyển vào lục lạp và những loài khác chứa trình tự tripeptit đầu cuối C để vận chuyển đến peroxisome, vì vậy người ta cho rằng sự phân bố dưới tế bào của chúng là hạn chế cho cả hai ngăn.
Cấu trúc phân tử của ba loại enzym superoxide dismutase về cơ bản được tạo thành từ các vòng xoắn alpha và các tấm gấp B.
Đặc trưng
Superoxide dismutases bảo vệ các tế bào, cơ quan và mô cơ thể khỏi những thiệt hại mà các gốc oxy tự do có thể gây ra, chẳng hạn như quá trình peroxy hóa lipid, biến tính protein và đột biến DNA.
Ở động vật, những loài phản ứng này cũng có thể gây tổn thương tim, đẩy nhanh quá trình lão hóa và tham gia vào sự phát triển của các bệnh viêm nhiễm.
Thực vật cũng yêu cầu hoạt động enzym thiết yếu của superoxide dismutase, vì nhiều điều kiện căng thẳng trong môi trường làm tăng stress oxy hóa, tức là nồng độ của các loài phản ứng có hại.
Ở người và các động vật có vú khác, ba dạng đồng dạng được mô tả cho superoxide dismutase có các chức năng khác nhau. Ví dụ, isoenzyme SOD2 tham gia vào quá trình biệt hóa tế bào và hình thành khối u, đồng thời cũng có tác dụng bảo vệ chống lại nhiễm độc phổi do tăng oxy hóa (nồng độ oxy cao) gây ra.
Đối với một số loài vi khuẩn gây bệnh, các enzym SOD có chức năng như "yếu tố độc lực" cho phép chúng vượt qua nhiều rào cản stress oxy hóa mà chúng có thể gặp phải trong quá trình xâm nhập.
Các bệnh liên quan
Sự giảm hoạt động của superoxide dismutase có thể xảy ra do một số yếu tố, cả bên trong và bên ngoài. Một số có liên quan đến các khiếm khuyết di truyền trực tiếp trong gen mã hóa các enzym SOD, trong khi những gen khác có thể gián tiếp, liên quan đến sự biểu hiện của các phân tử điều hòa.
Một số lượng lớn các tình trạng bệnh lý ở người có liên quan đến các enzym SOD, bao gồm béo phì, tiểu đường, ung thư và những bệnh khác.
Đối với bệnh ung thư, người ta đã xác định được rằng có một số lượng lớn các loại khối u ung thư có mức độ thấp của bất kỳ loại nào trong số ba loại superoxide dismutase ở động vật có vú (SOD1, SOD2 và SOD3).
Stress oxy hóa ngăn cản hoạt động của superoxide dismutase, cũng liên quan đến các bệnh lý khớp khác như viêm xương khớp, viêm khớp dạng thấp. Nhiều bệnh trong số này có liên quan đến sự biểu hiện của các yếu tố ức chế hoạt động của SOD, chẳng hạn như yếu tố TNF-α.
Người giới thiệu
- Fridovich, I. (1973). Superoxide Dismutases. Annu. Rev. Biochem. , 44, 147-159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Superoxide dismutases và tác động của chúng đối với sức khỏe con người. Các khía cạnh phân tử của y học, 26, 340–352.
- Oberley, LW, & Bueftner, GR (1979). Vai trò của Superoxide Dismutase trong Ung thư: Đánh giá. Nghiên cứu Ung thư, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoxide Dismutase ở Thực vật. Các bài phê bình trong Khoa học thực vật, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Họ Đa gen Superoxide dismutase: So sánh giữa các Cấu trúc, Sự tiến hóa và Biểu hiện gen CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) và EC-SOD (SOD3). Sinh học & Y học cấp tiến miễn phí, 33 (3), 337–349.