The dismutases dismutază ( SOD ) sau Oxidoreductazele superoxid , sunt o familie de enzime omniprezente în natură, a cărei funcție este principala apărarea organismelor aerobe împotriva radicalilor liberi de oxigen, în special , radicalii superoxid anionici.
Reacția pe care aceste enzime o catalizează are loc în practic toate celulele care sunt capabile să respire (aerobice) și este esențială pentru supraviețuirea lor, deoarece elimină radicalii liberi toxici din oxigen, atât în eucariote, cât și în procariote.
Reprezentarea grafică a unei dezoxidări cu superoxid Cu-Zn (SOD) (Sursa: Jawahar Swaminathan și personalul MSD la Institutul European de Bioinformatică prin Wikimedia Commons)
Multe boli la animale sunt legate de acumularea diferitelor specii reactive de oxigen și același lucru este valabil și pentru plante, deoarece mediul impune numeroase și constante tipuri de stres oxidativ, care sunt depășite datorită activității superoxidului dismutați.
Acest grup de enzime a fost descoperit în 1969 de McCord și Fridovich și, de atunci, s-au făcut progrese considerabile în ceea ce privește aceste enzime și reacțiile pe care le catalizează în ființele vii.
caracteristici
Superoxid dismutazele reacționează cu radicalii superoxid la viteze foarte mari, ceea ce se traduce într-o linie de apărare foarte eficientă pentru îndepărtarea acestor molecule.
La mamifere, cel puțin trei izoforme au fost descrise pentru superoxid dismutaza cunoscut sub numele de SOD1, SOD2 și respectiv SOD3.
Două dintre aceste izoforme au atomi de cupru și zinc în centrele lor catalitice și diferă unul de celălalt în locația lor: intracelulare (citosolice, SOD1 sau Cu / Zn-SOD) sau cu elemente extracelulare (EC-SOD sau SOD3).
Izoforma SOD2 sau Mn-SOD, spre deosebire de cele două anterioare, are un atom de mangan ca cofactor, iar locația sa pare a fi limitată la mitocondriile celulelor aerobe.
Izoenzimele SOD1 se găsesc în principal în citosol, deși au fost detectate și în compartimentul nuclear și în lizozomi. Izoenzimele SOD 3, pe de altă parte, au fost descrise în plasma de sânge umană, limfa și lichidele cefalorahidiene.
Fiecare dintre aceste izoforme este codificată de gene diferite, dar aparținând aceleiași familii, iar reglarea lor transcripțională este controlată în esență de condiții extra- și intracelulare, care declanșează diferite cascade de semnalizare internă.
Alte superoxid dismutaze
Superoxidul dismutaza cu situsuri catalitice care posedă cupru și zinc sau ionii de mangan nu sunt unici mamiferelor, dar sunt prezenți și în alte organisme, inclusiv plante și bacterii din clase diferite.
Există un grup suplimentar de superoxid dismutați, care nu se găsesc la mamifere și care sunt ușor de recunoscut, deoarece în situsul lor activ conțin fier în locul oricăruia dintre cei trei ioni descriși anterior pentru celelalte clase de superoxid dismutați.
În E. coli, superoxidul dismutaza care conține fier este o enzimă periplasmică care este responsabilă și pentru detectarea și eliminarea radicalilor liberi de oxigen generați în timpul respirației. Această enzimă este similară cu cea găsită în mitocondrii multor eucariote.
Plantele au cele trei tipuri de enzime: cele care conțin cupru și zinc (Cu / Zn-SOD), cele care conțin mangan (Mn-SOD) și cele care conțin fier (Fe-SOD) în centrul activ și în aceste organisme. ele exercită funcții analoge celor ale enzimelor non-vegetale.
Reacţie
Substraturile de superoxid dismutaze sunt anioni superoxid, care sunt reprezentați ca O2 și sunt compuși intermediari în procesul de reducere a oxigenului.
Reacția pe care o catalizează poate fi privită în general ca transformarea (dismutarea) radicalilor liberi pentru a forma oxigen molecular și peroxid de hidrogen, care sunt eliberați în mediu sau, respectiv, folosiți ca substrat pentru alte enzime.
Peroxidul de hidrogen poate fi ulterior eliminat din celule datorită acțiunii oricăreia dintre enzimele glutation peroxidază și catalază, care au și funcții importante în protecția celulelor.
Structura
Superoxidul dismutazează izoenzimele la om poate diferi unele de altele în anumite aspecte structurale. De exemplu, izozima SOD1 are o greutate moleculară de 32 kDa, în timp ce SOD2 și SOD3 sunt homotetramere cu 95 și respectiv 135 kDa greutate moleculară.
Cealaltă grupă de superoxizi dismutați, Fe-SOD prezenți la plante și alte organisme, altele decât mamiferele, sunt enzime dimerice ale subunităților identice, adică sunt homodimeri.
În unele plante, aceste Fe-SOD conțin o secvență putativă de semnal N-terminal pentru transport în cloroplaste, iar altele conțin o secvență C-terminal tripeptidă pentru transport la peroxisomi, astfel încât se presupune că distribuția lor subcelulară este limitat la ambele compartimente.
Structura moleculară a celor trei tipuri de enzime superoxid dismutaza este constituită, în esență, din elicele alfa și foi pliate B.
Caracteristici
Superoxid dismutazele apără celulele, organele și țesuturile corpului de daunele pe care le pot provoca radicalii liberi de oxigen, cum ar fi peroxidarea lipidelor, denaturarea proteinelor și mutageneza ADN-ului.
La animale, aceste specii reactive pot provoca, de asemenea, leziuni cardiace, accelerarea îmbătrânirii și participa la dezvoltarea bolilor inflamatorii.
Plantele necesită, de asemenea, activitatea enzimatică esențială a superoxid dismutazei, deoarece multe condiții stresante din mediu cresc stresul oxidativ, adică concentrația speciilor reactive periculoase.
La om și la alte mamifere, cele trei izoforme descrise pentru superoxid dismutaza au funcții diferite. Izoenzima SOD2, de exemplu, participă la diferențierea celulelor și a tumoriiogenezei și, de asemenea, la protecția împotriva toxicității pulmonare induse de hiperoxie (concentrație crescută de oxigen).
Pentru unele specii de bacterii patogene, enzimele SOD funcționează ca „factori de virulență” care le permit să depășească multe bariere de stres oxidativ cu care se pot confrunta în timpul procesului de invazie.
Boli conexe
O scădere a activității superoxid dismutazei poate apărea din cauza mai multor factori, atât interni cât și externi. Unele sunt legate de defecte genetice directe ale genelor care codifică enzimele SOD, în timp ce altele pot fi indirecte, legate de expresia moleculelor de reglare.
Un număr mare de afecțiuni patologice la om sunt legate de enzimele SOD, inclusiv obezitatea, diabetul, cancerul și altele.
În ceea ce privește cancerul, s-a stabilit că există un număr mare de tipuri de tumori canceroase care posedă niveluri scăzute ale oricăruia dintre cele trei superoxide dismutaze ale mamiferelor (SOD1, SOD2 și SOD3).
Stresul oxidativ pe care îl previne activitatea superoxid dismutazei este asociat și cu alte patologii articulare, cum ar fi osteoartrita, artrita reumatoidă. Multe dintre aceste boli au legătură cu exprimarea factorilor care inhibă activitatea SOD, cum ar fi factorul TNF-α.
Referințe
- Fridovich, I. (1973). Superoxid Dismutaze. Annu. Rev. Biochem. , 44, 147-159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Superoxid dismutaza și impactul lor asupra sănătății umane. Aspecte moleculare ale medicinei, 26, 340–352.
- Oberley, LW și Bueftner, GR (1979). Rolul dezlegării Superoxidului în cancer: o recenzie. Cercetarea cancerului, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoxid Eliminare în plante. Recenzii critice în științele plantelor, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Superoxide dismutase Familia multigene: o comparație între CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) și EC-SOD (SOD3) Structuri de gene, Evoluție și expresie. Biologie și medicină radicală gratuită, 33 (3), 337–349.