СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

У супероксиддисмутази ( SOD ) або супероксид оксидоредуктаз , являють собою сімейство ферментів , широко поширені в природі, чия функція є головним захистом аеробних організмів проти вільних радикалів кисню, особливо аніонні радикали супероксиду.

Реакція, яку ці ферменти каталізують, відбувається практично у всіх клітинах, здатних дихати (аеробними) і має важливе значення для їх виживання, оскільки вона виводить токсичні вільні радикали з кисню, як в еукаріоти, так і в прокаріоти.

Графічне зображення супероксиду дисутази Cu-Zn (SOD) (Джерело: Джавахар Свамінанатан та співробітники MSD в Європейському інституті біоінформатики через Wikimedia Commons)

Багато захворювань у тварин пов’язані з накопиченням різних реакційноздатних видів кисню, і те ж саме стосується рослин, оскільки навколишнє середовище накладає численні та постійні типи окислювального стресу, які подолані завдяки активності супероксиддисмутази.

Цю групу ферментів було відкрито у 1969 році МакКордом та Фридовичем, і з тих пір було досягнуто значних успіхів щодо цих ферментів та реакцій, які вони каталізують у живих істотах.

характеристики

Супероксидні дисмутази реагують із супероксидними радикалами з дуже високою швидкістю, що перетворюється на дуже ефективну лінію захисту для видалення цих молекул.

У ссавців описано щонайменше три ізоформи супероксиддисмутази, відомі як SOD1, SOD2 та SOD3 відповідно.

Дві з цих ізоформ мають атоми міді та цинку у своїх каталітичних центрах і відрізняються одна від одної за своїм розташуванням: внутрішньоклітинні (цитозольні, SOD1 або Cu / Zn-SOD) або з позаклітинними елементами (EC-SOD або SOD3).

Ізоформа SOD2 або Mn-SOD, на відміну від двох попередніх, має атом марганцю як кофактор, і його розташування, здається, обмежене мітохондріями аеробних клітин.

Ізоензими SOD1 в основному знаходяться в цитозолі, хоча вони також були виявлені в ядерному відділенні та в лізосомах. З іншого боку, були описані ізоферменти SOD 3 у плазмі крові, лімфі та спинномозковій рідині людини.

Кожна з цих ізоформ кодується різними генами, але належить до одного і того ж сімейства, і їх транскрипційна регуляція по суті контролюється поза- і внутрішньоклітинними умовами, що викликають різні каскади внутрішньої сигналізації.

Інші супероксидні дисмутази

Супероксидні дисмутази з каталітичними ділянками, які мають іони міді та цинку чи марганцю, не властиві ссавцям, вони також присутні в інших організмах, включаючи рослини та бактерії різних класів.

Існує додаткова група супероксидних дисмутаз, яких не зустрічається у ссавців, і які легко розпізнаються, оскільки в їх активній ділянці вони містять залізо замість будь-якого з трьох іонів, описаних раніше для інших класів супероксиддисмутаз.

У E. coli залізовмісна супероксиддисмутаза - це периплазматичний фермент, який також відповідає за виявлення та усунення радикалів, що не містять кисню, що утворюються під час дихання. Цей фермент схожий на той, що знаходиться в мітохондріях багатьох еукаріотів.

Рослини мають три типи ферментів: ті, що містять мідь і цинк (Cu / Zn-SOD), ті, які містять марганець (Mn-SOD), і ті, які містять залізо (Fe-SOD) у своєму активному центрі та в цих організмах. вони виконують аналогічні функції нефермінних ферментів.

Реакція

Субстрати супероксиддисмутази є супероксидними аніонами, які представлені у вигляді O2- і є проміжними сполуками в процесі відновлення кисню.

Реакцію, яку вони каталізують, можна розглядати в цілому як перетворення (дисмутація) вільних радикалів з утворенням молекулярного кисню та перекису водню, які виділяються у середовище або використовуються відповідно до субстрату для інших ферментів.

Перекис водню згодом може бути виведена з клітин завдяки дії будь-якого з ферментів глутатіонпероксидази та каталази, які також мають важливі функції у захисті клітин.

Будова

Супероксидні дисмутази ізоензимів у людини можуть відрізнятися один від одного в певних структурних аспектах. Наприклад, ізофермент SOD1 має молекулярну масу 32 кДа, тоді як SOD2 і SOD3 є гомотетрамерами 95 і 135 кДа молекулярної маси відповідно.

Інша група супероксидних дисмутаз, Fe-SOD, присутні в рослинах і організмах, крім ссавців, є димерними ферментами з однаковими субодиницями, тобто є гомодимерами.

У деяких рослинах ці Fe-SOD містять передбачувану N-кінцеву сигнальну послідовність для транспортування в хлоропласти, а інші містять C-кінцеву трипептидну послідовність для транспортування до пероксисом, тому передбачається, що їх надклітинний розподіл є обмежений обома відділеннями.

Молекулярна структура трьох типів ферментів супероксиддисмутази по суті складається з альфа-спіралей та B-складених листів.

Особливості

Супероксид дисмутази захищає клітини, органи та тканини тіла від пошкодження, яке можуть спричинити вільні радикали кисню, такі як перекисне окислення ліпідів, денатурація білка та мутагенез ДНК.

У тварин ці реактивні види також можуть спричинити ураження серця, прискорити старіння та брати участь у розвитку запальних захворювань.

Рослинам також потрібна істотна ферментативна активність супероксиддисмутази, оскільки багато стресових умов у навколишньому середовищі збільшують окислювальний стрес, тобто концентрацію шкідливих реакційноздатних видів.

У людини та інших ссавців три ізоформи, описані для супероксиддисмутази, мають різні функції. Наприклад, ізофермент SOD2 бере участь у клітинній диференціації та пухлиногенезі, а також у захисті від гіпертрофії (підвищеної концентрації кисню) - легеневої токсичності.

Для деяких видів хвороботворних бактерій ферменти СОД функціонують як "фактори вірулентності", які дозволяють їм подолати багато бар'єрів окислювального стресу, з якими вони можуть зіткнутися в процесі інвазії.

Супутні захворювання

Зниження активності супероксиддисмутази може статися через декілька факторів, як внутрішніх, так і зовнішніх. Деякі пов'язані з прямими генетичними дефектами генів, що кодують ферменти СОД, а інші можуть бути непрямими, пов'язаними з експресією регуляторних молекул.

Велика кількість патологічних станів у людини пов’язана з ферментами СОД, включаючи ожиріння, діабет, рак та ін.

Що стосується раку, було встановлено, що існує велика кількість ракових типів пухлин, які мають низький рівень будь-якої з трьох супероксидних дисмутаз ссавців (SOD1, SOD2 та SOD3).

Окислювальний стрес, який запобігає активність супероксиддисмутази, також пов'язаний з іншими патологіями суглобів, такими як остеоартрит, ревматоїдний артрит. Багато з цих захворювань пов'язані з експресією факторів, що інгібують активність СОД, таких як фактор TNF-α.

Список літератури

1. Фридович, І. (1973). Супероксидні дисмутази. Ану. Преподобний Біохім. , 44, 147-159.
2. Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Супероксидні дисмутази та їх вплив на здоров'я людини. Молекулярні аспекти медицини, 26, 340–352.
3. Oberley, LW, & Bueftner, GR (1979). Роль супероксиддисмутази у раку: огляд. Дослідження раку, 39, 1141-1149.
4. Тейлор, П., Боулер, К., Кемп, У. Ван, Монтагу, М. Ван, Інзе, Д. та Асада, К. (2012). Супероксид дисмутаза в рослинах. Критичні огляди в науках про рослини, 13 (3), 37–41.
5. Зелко, І., Маріані, Т., Фолз, Р. (2002). Мультигенна сімейство супероксиддисмутази: порівняння генних структур CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) та EC-SOD (SOD3), генетичних структур, еволюції та експресії. Вільна радикальна біологія та медицина, 33 (3), 337–349.