De superoxiddismutaser ( SOD ) eller superoxid oxidoreduktaser , är en familj av enzymer ubiquitous i naturen, vars funktion är huvud försvara aerob mot fria syreradikaler, speciellt superoxid anjoniska radikaler.
Reaktionen som dessa enzymer katalyserar inträffar i praktiskt taget alla celler som kan andas (aerob) och är avgörande för deras överlevnad, eftersom det tar bort giftiga fria radikaler från syre, både i eukaryoter och prokaryoter.
Grafisk representation av ett Cu-Zn Superoxide Dismutase (SOD) (Källa: Jawahar Swaminathan och MSD-personal vid European Bioinformatics Institute via Wikimedia Commons)
Många sjukdomar hos djur är relaterade till ansamling av olika reaktiva syrearter, och detsamma gäller för växter, eftersom miljön inför många och konstant typer av oxidativ stress som övervinns tack vare aktiviteten av superoxid-disutaser.
Denna grupp av enzymer upptäcktes 1969 av McCord och Fridovich och sedan dess har betydande framsteg gjorts när det gäller dessa enzymer och de reaktioner de katalyserar i levande saker.
egenskaper
Superoxid-disutaser reagerar med superoxidradikaler i mycket höga hastigheter, vilket innebär en mycket effektiv försvarslinje för avlägsnande av dessa molekyler.
Hos däggdjur har minst tre isoformer beskrivits för superoxiddismutas känt som SOD1, SOD2 respektive SOD3.
Två av dessa isoformer har koppar- och zinkatomer i sina katalytiska centra och skiljer sig från varandra på sin plats: intracellulär (cytosolisk, SOD1 eller Cu / Zn-SOD) eller med extracellulära element (EC-SOD eller SOD3).
SOD2- eller Mn-SOD-isoformen, till skillnad från de två föregående, har en manganatom som en kofaktor och dess läge verkar vara begränsad till mitokondrierna i aeroba celler.
SOD1-isoenzymer finns huvudsakligen i cytosolen, även om de också har påvisats i kärnfacket och i lysosomer. SOD 3-isoenzymer har å andra sidan beskrivits i humant blodplasma-, lymf- och cerebrospinalvätskor.
Var och en av dessa isoformer kodas av olika gener, men tillhör samma familj, och deras transkriptionsreglering styrs väsentligen av extra- och intracellulära förhållanden, som utlöser olika interna signaleringskaskader.
Andra superoxidavbrott
Superoxid-disutaser med katalytiska ställen som har koppar och zink eller manganjoner är inte unika för däggdjur, de finns också i andra organismer inklusive växter och bakterier från olika klasser.
Det finns en ytterligare grupp av superoxiddismutaser, som inte finns i däggdjur, och som är lätt att känna igen, eftersom de på sin aktiva plats innehåller järn istället för någon av de tre joner som tidigare beskrivits för de andra klasserna av superoxid-disutaser.
I E. coli är det järninnehållande superoxiddismutaset ett periplasmiskt enzym som också ansvarar för detektering och eliminering av syrefria radikaler som genereras under andning. Detta enzym liknar det som finns i mitokondrierna hos många eukaryoter.
Växter har de tre typerna av enzymer: de som innehåller koppar och zink (Cu / Zn-SOD), de som innehåller mangan (Mn-SOD) och de som innehåller järn (Fe-SOD) i deras aktiva centrum och i dessa organismer. de utövar analoga funktioner som för icke-vegetabiliska enzymer.
Reaktion
Substraten för superoxiddismutaser är superoxidanjoner, som representeras som O2- och är mellanföreningar i syrereduktionsprocessen.
Reaktionen som de katalyserar kan i stort sett betraktas som omvandlingen (nedbrytningen) av fria radikaler för att bilda molekylärt syre och väteperoxid, som släpps ut i mediet eller används som ett substrat för andra enzymer.
Väteperoxid kan därefter elimineras från celler tack vare verkan av någon av enzymerna glutationperoxidas och katalas, som också har viktiga funktioner i cellskyddet.
Strukturera
Superoxid-disutaserna isoenzymer hos människor kan skilja sig från varandra i vissa strukturella aspekter. Exempelvis har isozymet SOD1 32 kDa molekylvikt, medan SOD2 och SOD3 är homotetramrar med 95 respektive 135 kDa molekylvikt.
Den andra gruppen av superoxiddismutaser, Fe-SOD som finns i växter och andra organismer än däggdjur, är dimera enzymer av identiska underenheter, det vill säga de är homodimerer.
I vissa växter innehåller dessa Fe-SOD en förmodad N-terminalsignalsekvens för transport till kloroplaster och andra innehåller en C-terminal tripeptidsekvens för transport till peroxisomer, så det antas att deras subcellulära distribution är begränsad till båda facken.
Molekylstrukturen för de tre typerna av superoxid-dismutas-enzymer består väsentligen av alfa-spiraler och B-vikta ark.
Funktioner
Superoxid-disutaser försvarar celler, organ och kroppsvävnader från de skador som fria syreradikaler kan orsaka, såsom lipidperoxidation, proteindenaturering och DNA-mutagenes.
Hos djur kan dessa reaktiva arter också orsaka hjärtskador, påskynda åldrandet och delta i utvecklingen av inflammatoriska sjukdomar.
Växter kräver också den väsentliga enzymatiska aktiviteten hos superoxiddismutas, eftersom många stressiga förhållanden i miljön ökar oxidativ stress, det vill säga koncentrationen av skadliga reaktiva arter.
Hos människor och andra däggdjur har de tre isoformerna som beskrivs för superoxiddismutas olika funktioner. SOD2-isoenzym deltar till exempel i celldifferentiering och tumörgenes och även i skydd mot hyperoxi (hög syrekoncentration) -inducerad lungtoxicitet.
För vissa arter av patogena bakterier fungerar SOD-enzymer som "virulensfaktorer" som gör att de kan övervinna många oxidativa stressbarriärer som de kan möta under invasionen.
Relaterade sjukdomar
En minskning av superoxiddismutasaktivitet kan uppstå på grund av flera faktorer, både interna och externa. Vissa är relaterade till direkta genetiska defekter i generna som kodar för SOD-enzymer, medan andra kan vara indirekta, relaterade till uttrycket av reglerande molekyler.
Ett stort antal patologiska tillstånd hos människor är relaterade till SOD-enzymer, inklusive fetma, diabetes, cancer och andra.
Med avseende på cancer har det fastställts att det finns ett stort antal cancerformiga tumörtyper som har låga nivåer av någon av de tre däggdjursuperoxid-disutaserna (SOD1, SOD2 och SOD3).
Den oxidativa spänningen som superoxiddismutasaktivitet förhindrar, är också förknippad med andra ledpatologier såsom slidgigt, reumatoid artrit. Många av dessa sjukdomar har att göra med uttrycket av faktorer som hämmar SOD-aktivitet, såsom faktor TNF-a.
referenser
- Fridovich, I. (1973). Superoxid dismutases. Annu. Pastor Biochem. 44, 147-159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Superoxidavbrott och deras inverkan på människors hälsa. Molecular Aspects of Medicine, 26, 340–352.
- Oberley, LW, & Bueftner, GR (1979). Rollen av superoxidmutas i cancer: En översyn. Cancer Research, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoxid dismutase i växter. Kritiska recensioner i växtvetenskap, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Superoxid dismutase Multigene Family: En jämförelse av CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) och EC-SOD (SOD3) Genstrukturer, evolution och uttryck. Free Radical Biology & Medicine, 33 (3), 337–349.