The dismutases superoxide ( SOD ) atau oxidoreductases superoxide , adalah keluarga enzim sentiasa ada dalam alam semula jadi, yang berfungsi utama mempertahankan organisma aerobik terhadap radikal bebas oksigen, radikal terutama superoxide anionik.
Reaksi bahawa enzim ini mengkatalisis berlaku di hampir semua sel yang mampu bernafas (aerobik) dan penting untuk kelangsungan hidupnya, kerana ia menghilangkan radikal bebas toksik dari oksigen, baik pada eukariota dan prokariota.
Perwakilan grafik dari Cu-Zn Superoxide Dismutase (SOD) (Sumber: Jawahar Swaminathan dan kakitangan MSD di Institut Bioinformatika Eropah melalui Wikimedia Commons)
Banyak penyakit pada haiwan berkaitan dengan pengumpulan spesies oksigen reaktif yang berbeza, dan hal yang sama berlaku untuk tumbuhan, kerana persekitaran mengenakan banyak jenis tekanan oksidatif yang berterusan dan diatasi berkat aktiviti superoksida dismutases.
Kumpulan enzim ini ditemui pada tahun 1969 oleh McCord dan Fridovich dan sejak itu, banyak kemajuan telah dibuat mengenai enzim ini dan reaksi yang menjadi pemangkin mereka pada makhluk hidup.
ciri-ciri
Superoxide dismutases bertindak balas dengan radikal superoksida pada kadar yang sangat tinggi, yang diterjemahkan menjadi garis pertahanan yang sangat berkesan untuk penyingkiran molekul ini.
Pada mamalia, sekurang-kurangnya tiga isoform telah dijelaskan untuk superoksida dismutase yang masing-masing dikenali sebagai SOD1, SOD2, dan SOD3.
Dua isoform ini mempunyai atom tembaga dan zink di pusat katalitiknya dan berbeza antara satu sama lain di lokasi mereka: intraselular (sitosolik, SOD1 atau Cu / Zn-SOD) atau dengan unsur ekstraselular (EC-SOD atau SOD3).
Isoform SOD2 atau Mn-SOD, tidak seperti dua yang sebelumnya, mempunyai atom mangan sebagai kofaktor dan lokasinya nampaknya terhad kepada mitokondria sel-sel aerobik.
Isoenzim SOD1 dijumpai terutamanya di sitosol, walaupun ia juga telah dikesan di petak nuklear dan di lisosom. Isoenzim SOD 3, sebaliknya, telah dijelaskan dalam plasma darah manusia, limfa, dan cecair serebrospinal.
Setiap isoform ini dikodekan oleh gen yang berbeza, tetapi tergolong dalam keluarga yang sama, dan peraturan transkripsinya pada dasarnya dikendalikan oleh keadaan ekstra dan intraselular, yang mencetuskan lata isyarat dalaman yang berbeza.
Disutase superoksida lain
Superoksida disutase dengan tapak pemangkin yang mempunyai ion tembaga dan zink atau mangan tidak unik untuk mamalia, ia juga terdapat pada organisma lain termasuk tumbuhan dan bakteria dari pelbagai kelas.
Terdapat sekumpulan tambahan superutida oksida, yang tidak terdapat pada mamalia, dan mudah dikenali, kerana di tempat aktif mereka mengandungi zat besi dan bukannya salah satu daripada tiga ion yang dijelaskan sebelumnya untuk kelas lain dari superoksida disutases.
Di E. coli, superoxide dismutase yang mengandung zat besi adalah enzim periplasma yang juga bertanggung jawab untuk pengesanan dan penghapusan radikal bebas oksigen yang dihasilkan semasa pernafasan. Enzim ini serupa dengan yang terdapat di mitokondria banyak eukariota.
Tumbuhan mempunyai tiga jenis enzim: yang mengandungi tembaga dan zink (Cu / Zn-SOD), yang mengandungi mangan (Mn-SOD) dan yang mengandungi zat besi (Fe-SOD) di pusat aktif mereka dan dalam organisma ini. mereka menjalankan fungsi yang serupa dengan enzim bukan sayur.
Tindak balas
Substrat superoksida dismutases adalah anion superoksida, yang diwakili sebagai O2- dan sebatian perantaraan dalam proses pengurangan oksigen.
Reaksi yang mereka mangkatkan dapat dilihat secara luas sebagai transformasi (pembubaran) radikal bebas untuk membentuk oksigen molekul dan hidrogen peroksida, yang dilepaskan ke media atau digunakan sebagai substrat untuk enzim lain.
Hidrogen peroksida kemudiannya dapat dihilangkan dari sel berkat tindakan salah satu enzim glutathione peroxidase dan catalase, yang juga memiliki fungsi penting dalam perlindungan sel.
Struktur
Isoenzim superoxide dismutases pada manusia mungkin berbeza antara satu sama lain dalam aspek struktur tertentu. Sebagai contoh, isoenzim SOD1 mempunyai berat molekul 32 kDa, sementara SOD2 dan SOD3 adalah berat molekul 95 dan 135 kDa masing-masing.
Kumpulan lain dari superoksida dismutases, Fe-SOD yang terdapat pada tumbuhan dan organisma selain mamalia, adalah enzim dimerik dengan subunit yang sama, iaitu, mereka adalah homodimer.
Di beberapa tumbuh-tumbuhan, Fe-SOD ini mengandungi urutan isyarat N-terminal yang berpotensi untuk dibawa ke kloroplas dan yang lain mengandungi urutan tripeptida C-terminal untuk dibawa ke peroksisom, sehingga dianggap bahawa pengedaran subselularnya adalah terhad kepada kedua-dua petak.
Struktur molekul tiga jenis enzim superoxide dismutase pada asasnya terdiri daripada heliks alfa dan helaian lipatan B.
ciri-ciri
Superoxide dismutases melindungi sel, organ dan tisu badan dari kerosakan yang dapat disebabkan oleh radikal oksigen bebas, seperti peroksidasi lipid, denaturasi protein, dan mutagenesis DNA.
Pada haiwan, spesies reaktif ini juga dapat menyebabkan kerosakan jantung, mempercepat penuaan, dan berpartisipasi dalam perkembangan penyakit radang.
Tumbuhan juga memerlukan aktiviti enzimatik penting dari superoksida dismutase, kerana banyak keadaan tertekan di persekitaran meningkatkan tekanan oksidatif, iaitu kepekatan spesies reaktif yang berbahaya.
Pada manusia dan mamalia lain, ketiga isoform yang dijelaskan untuk superoksida dismutase mempunyai fungsi yang berbeza. Isoenzim SOD2, misalnya, berpartisipasi dalam pembezaan sel dan tumorigenesis dan juga dalam perlindungan terhadap keracunan paru-paru yang disebabkan oleh hiperoksia (kepekatan oksigen tinggi).
Untuk beberapa spesies bakteria patogen, enzim SOD berfungsi sebagai "faktor virulensi" yang memungkinkan mereka mengatasi banyak halangan tekanan oksidatif yang mungkin mereka hadapi semasa proses pencerobohan.
Penyakit yang berkaitan
Penurunan aktiviti dismutase superoksida boleh berlaku disebabkan oleh beberapa faktor, baik dalaman dan luaran. Sebilangannya berkaitan dengan kecacatan genetik langsung dalam gen yang mengekodkan enzim SOD, sementara yang lain mungkin tidak langsung, berkaitan dengan ekspresi molekul pengawalseliaan.
Sebilangan besar keadaan patologi pada manusia berkaitan dengan enzim SOD, termasuk obesiti, diabetes, barah, dan lain-lain.
Berkenaan dengan barah, telah ditentukan bahawa terdapat sebilangan besar jenis tumor barah yang memiliki tahap rendah dari salah satu dari tiga disutase superoksida mamalia (SOD1, SOD2, dan SOD3).
Tekanan oksidatif yang dicegah oleh aktiviti superoksida dismutase, juga dikaitkan dengan patologi sendi lain seperti osteoartritis, rheumatoid arthritis. Sebilangan besar penyakit ini ada kaitannya dengan penyataan faktor yang menghalang aktiviti SOD, seperti faktor TNF-α.
Rujukan
- Fridovich, I. (1973). Pembasmian Superoksida. Annu. Biokimia Pendeta , 44, 147-159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Superoksida disutase dan kesannya terhadap kesihatan manusia. Aspek Molekul Perubatan, 26, 340–352.
- Oberley, LW, & Bueftner, GR (1979). Peranan Dismutase Superoksida dalam Kanser: Satu Tinjauan. Penyelidikan Kanser, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoksida Dismutase dalam Tumbuhan. Ulasan Kritikal dalam Sains Tumbuhan, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Keluarga Multigene Superoxide dismutase: Perbandingan Struktur, Evolusi, dan Ekspresi Gen CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2), dan EC-SOD (SOD3). Biologi & Perubatan Radikal Percuma, 33 (3), 337–349.