Su superoksid dismutaza (SOD), ili superoksidnih oksidoreduktaze su obitelj enzima posvudašnje čija funkcija je glavni brane aerobnih organizama protiv slobodnih kisikovih radikala, naročito superoksidnih anionskih radikala.
Reakcija koju ovi enzimi kataliziraju događa se u gotovo svim stanicama koje su sposobne disati (aerobno) i od presudne je važnosti za njihov opstanak, jer uklanja toksične slobodne radikale iz kisika, i u eukariotima i u prokariotu.
Grafički prikaz Cu-Zn Superoksid Dismutase (SOD) (Izvor: Jawahar Swaminathan i osoblje MSD-a u Europskom institutu za bioinformatiku putem Wikimedia Commonsa)
Mnoge bolesti kod životinja povezane su sa nakupljanjem različitih reaktivnih vrsta kisika, a isto vrijedi i za biljke, jer okoliš nameće brojne i stalne vrste oksidativnog stresa koji se prevladavaju zahvaljujući djelovanju superoksidnih dismutaza.
Tu skupinu enzima otkrili su 1969. McCord i Fridovich i od tada je postignut značajan napredak u vezi s tim enzimima i reakcijama koje kataliziraju u živim bićima.
karakteristike
Superoksidni dismutazi reagiraju s superoksidnim ostacima vrlo visokim brzinama, što znači vrlo efikasnu odbrambenu liniju za uklanjanje ovih molekula.
Najmanje tri izoforme za superoksid dismutazu poznate kao SOD1, SOD2, i SOD3, opisane su kod sisavaca.
Dva od ovih izoforma imaju atome bakra i cinka u svojim katalitičkim centrima, a međusobno se razlikuju po svom položaju: unutarćelijski (citosolni, SOD1 ili Cu / Zn-SOD) ili s izvanćelijskim elementima (EC-SOD ili SOD3).
Izoforma SOD2 ili Mn-SOD, za razliku od prethodna dva, ima atom mangana kao kofaktor i čini se da je njegovo mjesto ograničeno na mitohondrije aerobnih stanica.
SOD1 izoencimi nalaze se uglavnom u citosolu, iako su također otkriveni u nuklearnom odjeljku i u lizosomima. S druge strane, izoencimi SOD 3 opisani su u krvnoj plazmi, limfi i cerebrospinalnoj tekućini.
Svaki od ovih izoformi kodiran je različitim genima, ali pripadaju istoj obitelji, a njihova transkripcijska regulacija u osnovi se kontrolira izvanstaničnim i unutarćelijskim uvjetima, koji pokreću različite kaskade unutarnje signalizacije.
Ostale superoksidne dismutaze
Superoksid dismutaze s katalitičkim mjestima koja posjeduju ione bakra i cinka ili mangana nisu svojstvene sisavcima, one su prisutne i u drugim organizmima, uključujući biljke i bakterije različitih klasa.
Postoji dodatna skupina superoksidnih dismutaza, kojih nema kod sisavaca, i koje su lako prepoznatljive, jer na svom aktivnom mjestu sadrže željezo umjesto bilo kojeg od tri iona prethodno opisana za ostale klase superoksidnih dismutaza.
U E. coli, superoksid dismutaza koja sadrži željezo periplazmatski je enzim koji je također odgovoran za otkrivanje i uklanjanje radikala bez kisika nastalih tijekom disanja. Ovaj enzim je sličan onome koji se nalazi u mitohondrijama mnogih eukariota.
Biljke sadrže tri vrste enzima: one koji sadrže bakar i cink (Cu / Zn-SOD), one koji sadrže mangan (Mn-SOD) i one koji sadrže željezo (Fe-SOD) u svom aktivnom centru i u tim organizmima. oni vrše analogne funkcije onima koje nisu biljni enzimi.
reakcija
Supstrati superoksidne dismutaze su superoksidni anioni koji su predstavljeni kao O2- i međuprodukti su u postupku redukcije kisika.
Reakcija koju kataliziraju može se promatrati široko kao transformacija (dismutacija) slobodnih radikala u molekularni kisik i vodikov peroksid, koji se oslobađaju u medijumu ili koriste kao supstrat za druge enzime.
Vodikov peroksid može se nakon toga eliminirati iz stanica zahvaljujući djelovanju bilo kojeg od enzima glutation peroksidaza i katalaza, koji također imaju važne funkcije u staničnoj zaštiti.
Struktura
Suenroksid dismutaze izoenzima u ljudi može se razlikovati jedan od drugog u određenim strukturnim aspektima. Na primjer, izomim SOD1 ima molekulsku masu od 32 kDa, dok su SOD2 i SOD3 homotetrameri molekularne mase 95, odnosno 135 kDa.
Druga skupina superoksidnih dismutaza, Fe-SOD prisutna u biljkama i drugim organizmima osim sisavaca, jesu dimerni enzimi identične podjedinice, to jest, oni su homodimeri.
U nekim biljkama ovi Fe-SOD sadrže pretpostavljenu N-terminalnu signalnu sekvencu za transport u kloroplaste, a drugi sadrže C-terminalnu tripeptidnu sekvencu za transport u peroksizome, pa se pretpostavlja da je njihova subcelularna raspodjela ograničen na oba odjeljka.
Molekularna struktura triju vrsta enzima superoksid dismutaze u osnovi se sastoji od alfa helika i listova presavijenih B.
Značajke
Superoksid dismutaze brani stanice, organe i tjelesna tkiva od oštećenja koje slobodni radikali kisika mogu prouzrokovati, poput lipidne peroksidacije, denaturacije proteina i mutageneze DNA.
Kod životinja te reaktivne vrste mogu također uzrokovati oštećenje srca, ubrzati starenje i sudjelovati u razvoju upalnih bolesti.
Biljkama je također potrebna osnovna enzimska aktivnost superoksid dismutaze, jer mnoga stresna stanja u okolišu povećavaju oksidativni stres, odnosno koncentraciju štetnih reaktivnih vrsta.
U ljudi i ostalih sisavaca, tri izoforme opisane za superoksid dismutazu imaju različite funkcije. Na primjer, izoencim SOD2 sudjeluje u diferencijaciji stanica i tumorigenezi, a također i u zaštiti od hiperoksije (povišene koncentracije kisika) uzrokovane plućnom toksičnošću.
Za neke vrste patogenih bakterija SOD enzimi djeluju kao "faktori virulencije" koji im omogućuju da prevladaju mnoge barijere oksidativnog stresa s kojima se mogu suočiti tijekom invazijskog procesa.
Srodne bolesti
Do smanjenja aktivnosti superoksid dismutaze može doći zbog nekoliko čimbenika, unutarnjih i vanjskih. Neki su povezani s izravnim genetskim oštećenjima gena koji kodiraju SOD enzime, dok su drugi mogu biti neizravni, povezani s ekspresijom regulatornih molekula.
Veliki broj patoloških stanja u ljudi povezan je sa SOD enzimima, uključujući pretilost, dijabetes, rak i drugi.
S obzirom na rak, utvrđeno je da postoji veliki broj vrsta karcinoma tumora koji imaju nisku razinu bilo koje od tri superoksidne dismutaze sisavaca (SOD1, SOD2 i SOD3).
Oksidativni stres koji sprječava djelovanje superoksid dismutaze, također je povezan s drugim patologijama zglobova, poput osteoartritisa, reumatoidnog artritisa. Mnoge od ovih bolesti povezane su s ekspresijom faktora koji inhibiraju aktivnost SOD-a, kao što je faktor TNF-α.
Reference
- Fridovich, I. (1973). Superoksidne Dismutases. Annu. Vlč. Biochem., 44, 147-159.
- Johnson, F., i Giulivi, C. (2005). Superoksid dismutaze i njihov utjecaj na zdravlje ljudi. Molekularni aspekti medicine, 26, 340–352.
- Oberley, LW, i Bueftner, GR (1979). Uloga superoksidne dismutaze u karcinomu: pregled. Istraživanje raka, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., i Asada, K. (2012). Superoksidna dismutaza u biljkama. Kritički osvrti u biljnoj znanosti, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., i Folz, R. (2002). Višegena obitelj superoksid dismutaze: usporedba genskih struktura CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) i EC-SOD (SOD3), genetskih struktura, evolucije i ekspresije. Slobodna radikalna biologija i medicina, 33 (3), 337–349.