Тхе супероксид дисмутазе ( СОД ) или супероксида Оксидоредуктазе , су фамилија ензима свеприсутних у природи, чија је функција маин одбрани аеробне организме против кисеоника слободних радикала, посебно супероксид ањонски радикали.
Реакција коју ови ензими катализирају јавља се у готово свим ћелијама које су способне да дишу (аеробно) и од суштинског је значаја за њихов опстанак, јер уклања токсичне слободне радикале из кисеоника, и у еукариотама и у прокариотима.
Графички приказ Цу-Зн Супероксид Дисмутасе (СОД) (Извор: Јавахар Сваминатхан и особље МСД-а у Европском институту за биоинформатику путем Викимедиа Цоммонса)
Многе болести код животиња повезане су са накупљањем различитих реактивних врста кисеоника, а исто важи и за биљке, јер окружење намеће бројне и сталне врсте оксидативног стреса који се превазилазе захваљујући активности супероксидних дисмутаза.
Ову групу ензима открили су 1969. године МцЦорд и Фридовицх и од тада су направљени знатни помаци у вези с тим ензимима и реакцијама које катализирају у живим бићима.
карактеристике
Супероксидни дисмутази реагују са супероксидним остацима врло високом брзином, што се претвара у веома ефикасну одбрамбену линију за уклањање ових молекула.
Код сисара су описане најмање три изоформе за супероксид дисмутазу познату као СОД1, СОД2 и СОД3, респективно.
Два од ових изоформа имају атоме бакра и цинка у својим каталитичким центрима и разликују се један од другог по свом положају: унутарћелијски (цитосолни, СОДл или Цу / Зн-СОД) или са ванћелијским елементима (ЕЦ-СОД или СОД3).
Изоформа СОД2 или Мн-СОД, за разлику од претходна два, има атом мангана као кофактор и чини се да је његова локација ограничена на митохондрије аеробних ћелија.
СОД1 изоенцими се налазе углавном у цитосолу, мада су детектирани и у нуклеарном одељку и у лизосомима. Супротно томе, изоенцими СОД 3 описани су у крвној плазми, лимфи и цереброспиналној течности.
Сваки од ових изоформи кодиран је различитим генима, али припадају истој породици, а њихова транскрипциона регулација у основи је контролисана ван- и унутарћелијским условима, који покрећу различите каскаде интерне сигнализације.
Остале супероксидне дисмутазе
Супероксидне дисмутазе са каталитичким локацијама које поседују јоне бакра и цинка или мангана нису својствене сисарима, већ су присутне и у другим организмима, укључујући биљке и бактерије различитих класа.
Постоји додатна група супероксидних дисмутаза, којих нема код сисара и које су лако препознатљиве, јер на свом активном месту садрже гвожђе уместо било којег од три јона претходно описана за остале класе супероксидне дисмутазе.
У Е. цоли, супероксид дисмутаза која садржи гвожђе је периплазматски ензим који је такође одговоран за детекцију и елиминацију радикала без кисеоника који настају током дисања. Овај ензим је сличан ономе који се налази у митохондријама многих еукариота.
Биљке садрже три врсте ензима: оне који садрже бакар и цинк (Цу / Зн-СОД), оне који садрже манган (Мн-СОД) и оне који садрже гвожђе (Фе-СОД) у свом активном центру и у тим организмима. они врше аналогне функције онима које нису биљни ензими.
Реакција
Супстрати супероксидне дисмутазе су супероксидни аниони, који су представљени као О2- и који су интермедијарна једињења у процесу редукције кисеоника.
Реакција коју катализују може се посматрати широко као трансформација (дисмутација) слободних радикала да би се формирао молекулски кисеоник и водоник пероксид, који се ослобађају у медијуму или користе као супстрат за друге ензиме, респективно.
Водоник пероксид се може накнадно елиминисати из ћелија захваљујући деловању било ког од ензима глутатион-пероксидаза и каталаза, који такође имају важне функције у заштити ћелија.
Структура
Супероксид дисмутазе изоенциме код људи могу се разликовати један од другог у одређеним структуралним аспектима. На пример, изоензим СОД1 има молекулску масу од 32 кДа, док су СОД2 и СОД3 хомотетрамери молекулске масе од 95, односно 135 кДа.
Друга група супероксидних дисмутаза, Фе-СОД присутни у биљкама и организмима осим сисара, су димерни ензими са идентичним подјединицама, то јест, хомодимери.
У неким биљкама ови Фе-СОД садрже претпостављену Н-терминалну сигналну секвенцу за транспорт у хлоропласте, а други садрже Ц-терминалну трипептидну секвенцу за транспорт у пероксисом, па се претпоставља да је њихова субцелуларна дистрибуција ограничен на оба дела.
Молекуларна структура три типа ензима супероксид дисмутазе у основи је састављена од алфа хелика и листова пресавијених Б.
Карактеристике
Супероксид дисмутазе брани ћелије, органе и телесна ткива од оштећења које слободни радикали кисеоника могу да проузрокују, као што је липидна пероксидација, денатурација протеина и мутагенеза ДНК.
Код животиња ове реактивне врсте могу такође да оштете срце, убрзају старење и учествују у развоју упалних болести.
Биљкама је такође потребна основна ензимска активност супероксид дисмутазе, јер многа стресна стања у околини повећавају оксидативни стрес, односно концентрацију штетних реактивних врста.
У људи и других сисара, три изоформе описане за супероксид дисмутазу имају различите функције. Изоензим СОД2, на пример, учествује у диференцијацији ћелија и туморигенези, као и у заштити од хипероксије (повећане концентрације кисеоника), изазване плућном токсичношћу.
За неке врсте патогених бактерија, СОД ензими функционишу као „фактори вируленције“ који им омогућавају да превазиђу бројне баријере оксидативног стреса са којима се могу суочити током инвазијског процеса.
Сродне болести
До смањења активности супероксид дисмутазе може доћи због неколико фактора, унутрашњих и спољашњих. Неки су повезани са директним генетским оштећењима гена који кодирају СОД ензиме, док су други могу бити индиректни, везани за експресију регулаторних молекула.
Велики број патолошких стања код људи повезан је са СОД ензимима, укључујући гојазност, дијабетес, рак и други.
С обзиром на рак, утврђено је да постоји велики број врста карцинома рака који имају низак ниво било које од три супероксидне дисмутазе сисара (СОД1, СОД2 и СОД3).
Оксидативни стрес који спречава активност супероксид дисмутазе такође је повезан са другим патологијама зглобова, попут остеоартритиса, реуматоидног артритиса. Многе од ових болести имају везе са експресијом фактора који инхибирају активност СОД-а, као што је фактор ТНФ-α.
Референце
- Фридовицх, И. (1973). Супероксидне Дисмутасес. Анну. Влч. Биоцхем. , 44, 147-159.
- Јохнсон, Ф. и Гиуливи, Ц. (2005). Супероксид дисмутазе и њихов утицај на здравље људи. Молекуларни аспекти медицине, 26, 340–352.
- Оберлеи, ЛВ, & Буефтнер, ГР (1979). Улога супероксидне дисмутазе у карциному: преглед. Цанцер Ресеарцх, 39, 1141-1149.
- Таилор, П., Бовлер, Ц., Цамп, В. Ван, Монтагу, М. Ван, Инзе, Д., и Асада, К. (2012). Супероксид Дисмутасе у биљкама. Критички прегледи у науци о биљу, 13 (3), 37–41.
- Зелко, И., Мариани, Т., и Фолз, Р. (2002). Породица мултигена супероксидне дисмутазе: поређење генских структура ЦуЗн-СОД (СОД1), Мн-СОД (СОД2) и ЕЦ-СОД (СОД3), генетских структура, еволуције и експресије. Бесплатна радикална биологија и медицина, 33 (3), 337–349.