Супероксиддисмутаза (SOD, СОД)
Карта белка супероксиддисмутазы
Супероксиддисмутаза - фермент антиоксидантной защиты, катализирующий дисмутацию синглетного кислорода, образующегося при прохождении электронов по дыхательной цепи.
Супероксиддисмутаза (superoxide dismutase, SOD) [лат. super — сверху, над, oxi(genium) — кислород, dis- — приставка, обозначающая разделение, отделение, отрицание, и mutatio — изменение] — фермент класса оксидоредуктаз, катализирующий дисмутацию радикалов О2-и препятствующий превращению супероксидного анион-радикала в гидроксильный радикал, обладающий высокой токсичностью; служит акцептором свободных кислородных радикалов, тормозящим перекисное окисление липидов и белков. Супероксиддисмутаза является цитокупреином — белком, состоящим из 2 субъединиц, каждая из которых содержит по 1 атому цинка, меди и кобальта. Супероксиддисмутаза - один из наиболее распространенных популяционно-генетических маркеров; мутации в гене супероксиддисмутазы обусловливают некоторые наследственные заболевания человека (напр., атеросклероз, боковой амиотрофический синдром), что используется для диагностических целей. Препараты супероксиддисмутазы применяют в качестве противовоспалительного средства, напр. при артритах. Супероксиддисмутаза впервые выделена Дж. МакКордом и И. Фридович в 1969 г. Син.: пероксиддисмутаза.
Супероксиддисмутаза (супероксид'супероксид-оксидоредуктаза, superoxide dismutase, КФ 1.15.1.1) представлена семейством металлоферментов, катализирующих реакцию дисмутации супероксидных радикалов.
Еще в 1939 г. Манн и Кейлин выделили из эритроцитов быка медь- содержащий белок, который они назвали гемокупреином; затем этот бе- лок стали называть эритрокупреином. Позднее сходные белки были выделены из других тканей (гепатокупреин, цереброкупреин), и было об- наружено, что все они наряду с Cu содержат также Zn.
В пионерской работе МакКорда и И.Фридовича в 1968 г. было показано, что Cu,Zn-содержащий белок является ферментом, катализирующим реакцию дисмутации супероксидных радикалов. До работы МакКорда и И. Фридовича были попытки выяснения функции Cu,Zn-содержащих белков. Их характеризовали как тетразолийоксидазу, ингибитор тетразолийредуктазы, однако истинная активность этого семейства белков не была выявлена. Дальнейшие исследования супероксиддисмутазы (СОД) тесно связаны с именем И.Фридовича.
Было показано, что организмы различной степени сложности, утилизирующие кислород в процессах обмена, содержат ферменты, обладающие СОД-активностью. Ферменты различаются по первичной структуре и по природе металлов, входящих в активный центр. Cu,Zn-СОД можно рассматривать как эукариотический цитозольный фермент, Fe-СОД и Mn- СОД - как прокариотические ферменты, однако Mn-СОД содержится в митохондриальном матриксе эукариот; в ряде бактерий обнаружена Cu,Zn- СОД, а в некоторых растениях - Fe-СОД. СОД являются в основном внутриклеточными ферментами и лишь небольшая часть активности обнаружена Марклундом и соавт. в внеклеточных жидкостях млекопитающих в виде гликозилированного тетрамера Cu,Zn-СОД.
По активности СОД органы млекопитающих различаются в десятки раз. Наивысшая активность Cu,Zn- и Mn-СОД обнаружена в печени. Вы- сокой активностью Cu,Zn-СОД отличаются эритроциты, что позволяет использовать кровь как источник для выделения и очистки фермента. Стадии реакции дисмутации, катализируемой СОД, следующие:
Me + O - Me + O
Me + O - + 2H Me + H O
Cu,Zn-СОД обладает наибольшей активностью.
Величина pI для Mn-СОД составляет 6,6 и для Fe-Сод - 4,9. Три вида СОД различаются также по чувствительности к Р Щ и цианиду. Цианид ингибирует только Cu,Zn-СОД. H O в достаточно высоких, не- физиологических концентрациях ингибирует Cu,Zn-СОД и Fe-СОД. Mn-СОД устойчив к действию перекиси водорода. Ферменты различаются также по степени ингибирования азидом.
Полная аминокислотная последовательность Cu,Zn-СОД установлена для ферментов по крайней мере из десятка различных источников.
Mn- и Fe-СОД впервые выделены из E.coli И.Фридовичем с соавт. в 70-х годах. Оба фермента обычно содержатся в виде гомодимера с молек. массой суб`единицы 22 кДа. Однако встречаются бактерии, у которых Mn- и Fe-СОД присутствуют в виде тетрамера. В митохондриях эукариот Mn-СОД находится в виде гомодимера, гомологичного бакте- риальным ферментам, что хорошо согласуется с представлением о про- кариотическом происхождении митохондрий. Анаэробы или анаэробно растущие факультативные бактерии обычно содержат Fe-СОД; при пере- ходе к аэробному росту происходит индукция Mn-СОД. Fe- и Mn-СОД из различных источников имеют значительную гомологию аминокислотной последовательности;
Рентгеноструктурный анализ Mn-СОД из E. thermophilus и из B.stearothermophilus, Fe-СОД из T.acidophilus, P.ovalis и E.coli показал, что ферменты имеют сходную структуру.
СОД характеризуется необычайной структурной стабильностью и является одним из наиболее термостабильных глобулярных белков. Фермент активен в 8 М мочевине; он не реагирует с дитионитробензоатом (ДТНБ) в 8 М гуанидингидрохлориде при рН 11,4 (24 ) в течение 24 часов. При выдерживании в 86%-ном этаноле при 24 в течение трех часов фермент теряет активность только на 10%.
Физиологическую функцию СОД связывают с защитой клеток от свободно радикального повреждения. К настоящему времени выяснены далеко не все биологические источники супероксидных радикалов. Супероксидные радикалы могут продуцировать лейкоциты в процессе фагоцитоза. Источниками супероксидных радикалов являются цепи переноса электронов (митохондрии), некоторые флавинсодержащие оксидоредуктазы, локализованные в цитозоле, такие как ксантиноксидаза, альдегидоксидаза, дегидрооротатдегидрогеназа и др. В цитозоле О - радикалы могут образовываться также в процессах автоокисления некоторых белков и низкомолекулярных метаболитов, таких как катехоламины, гидро- хиноны и др.
В условиях нормального обмена супероксиддисмутазы поддерживают стационарную концентрацию супероксидных радикалов на определенном уровне, защищая тем самым клеточные структуры от повреждающего действия как самих радикалов О -, так и от появления гидроксильных радикалов, которые могут образовываться из О - и Н О .
В литературе большое внимание уделяется изучению изменений в активности эритроцитарной СОД в процессе старения организмов и при некоторых заболеваниях, таких как гемолитическая анемия, ишемия, ряд нейрологических заболеваний.
Существенная роль отводится супероксидным радикалам в развитии воспалительных процессов. Результатом этих исследований явилось использование СОД в качестве противовоспалительного средства (орготеин, пероксинорм). Орготеин применяется в клинике для лечения воспалительных процессов, остеоартритов, бурситов, практитов, циститов. Успешное лечение СОД воспалительных процессов позволяет рассматривать этот фермент как альтернативу кортикостероидам.
СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗЫ И ИХ РОЛЬ В РАЗВИТИИ БДН
Смотрите также:
