Süperoksit dismutazlar ( SOD ) ve süperoksit oksidoredüktazlar , özellikle süperoksit, anyonik kökleri, işlevi oksijen serbest radikalleri aerobik organizmalar savunan ana doğanın, her yerde bir enzim ailesidir.
Bu enzimlerin katalize ettiği reaksiyon, nefes alabilen (aerobik) hemen hemen tüm hücrelerde meydana gelir ve hem ökaryotlarda hem de prokaryotlarda toksik serbest radikalleri oksijenden uzaklaştırdığı için hayatta kalmaları için gereklidir.
Cu-Zn Süperoksit Dismutaz'ın (SOD) grafik gösterimi (Kaynak: Jawahar Swaminathan ve MSD personeli, Avrupa Biyoinformatik Enstitüsü, Wikimedia Commons aracılığıyla)
Hayvanlardaki birçok hastalık, farklı reaktif oksijen türlerinin birikimi ile ilgilidir ve aynı şey bitkiler için de geçerlidir, çünkü çevre, süperoksit dismutazların aktivitesi sayesinde üstesinden gelinen çok sayıda ve sabit oksidatif strese neden olur.
Bu enzim grubu 1969'da McCord ve Fridovich tarafından keşfedildi ve o zamandan beri bu enzimler ve canlılarda katalize ettikleri reaksiyonlar konusunda önemli gelişmeler sağlandı.
karakteristikleri
Süperoksit dismutazlar, süperoksit radikalleri ile çok yüksek oranlarda reaksiyona girer ve bu, bu moleküllerin uzaklaştırılması için çok etkili bir savunma hattı anlamına gelir.
Memelilerde, sırasıyla SOD1, SOD2 ve SOD3 olarak bilinen süperoksit dismutaz için en az üç izoform tarif edilmiştir.
Bu izoformlardan ikisinin katalitik merkezlerinde bakır ve çinko atomları vardır ve bulundukları yerde birbirinden farklıdır: hücre içi (sitosolik, SOD1 veya Cu / Zn-SOD) veya hücre dışı elementlerle (EC-SOD veya SOD3).
SOD2 veya Mn-SOD izoformu, önceki ikisinden farklı olarak, bir kofaktör olarak bir manganez atomuna sahiptir ve konumu, aerobik hücrelerin mitokondriyle sınırlı görünmektedir.
SOD1 izoenzimleri esas olarak sitozolde bulunur, ancak bunlar aynı zamanda nükleer bölmede ve lizozomlarda da tespit edilmiştir. Öte yandan SOD 3 izoenzimleri, insan kan plazması, lenf ve beyin omurilik sıvılarında tanımlanmıştır.
Bu izoformların her biri, farklı genler tarafından kodlanır, ancak aynı aileye aittir ve bunların transkripsiyonel regülasyonu, esasen, farklı dahili sinyalleme kaskadlarını tetikleyen ekstra ve hücre içi koşullar tarafından kontrol edilir.
Diğer süperoksit dismutazlar
Bakır ve çinko veya mangan iyonları içeren katalitik bölgelere sahip süperoksit dismutazlar, memelilere özgü değildir, ayrıca farklı sınıflardan bitkiler ve bakteriler dahil olmak üzere diğer organizmalarda da mevcutturlar.
Memelilerde bulunmayan ve kolaylıkla tanınabilen ilave bir süperoksit dismutaz grubu vardır, çünkü aktif bölgelerinde daha önce diğer süperoksit dismutaz sınıfları için tarif edilen üç iyondan herhangi biri yerine demir içerirler.
E. coli'de, demir içeren süperoksit dismutaz, solunum sırasında oluşan oksijensiz serbest radikallerin saptanmasından ve ortadan kaldırılmasından da sorumlu olan periplazmik bir enzimdir. Bu enzim, birçok ökaryotun mitokondrilerinde bulunan enzime benzer.
Bitkiler üç tip enzime sahiptir: Bakır ve çinko içerenler (Cu / Zn-SOD), manganez (Mn-SOD) içerenler ve aktif merkezlerinde ve bu organizmalarda demir (Fe-SOD) içerenler. bitkisel olmayan enzimlere benzer işlevler sergilerler.
Reaksiyon
Süperoksit dismutazların substratları, O2- olarak gösterilen ve oksijen indirgeme işleminde ara bileşikler olan süperoksit anyonlardır.
Katalize ettikleri reaksiyon, genel olarak serbest radikallerin sırasıyla ortama salınan veya diğer enzimler için bir substrat olarak kullanılan moleküler oksijen ve hidrojen peroksit oluşturmak üzere dönüşümü (dismutasyonu) olarak görülebilir.
Hidrojen peroksit daha sonra hücre korumasında da önemli fonksiyonlara sahip olan glutatyon peroksidaz ve katalaz enzimlerinden herhangi birinin etkisi sayesinde hücrelerden elimine edilebilir.
yapı
İnsanlardaki süperoksit dismutaz izoenzimleri, bazı yapısal yönlerden birbirinden farklı olabilir. Örneğin, izozim SOD1, 32 kDa moleküler ağırlığa sahipken, SOD2 ve SOD3, sırasıyla 95 ve 135 kDa moleküler ağırlıklı homotetramerlerdir.
Diğer süperoksit dismutaz grubu, bitkilerde ve memeliler dışındaki diğer organizmalarda bulunan Fe-SOD, özdeş alt birimlerin dimerik enzimleridir, yani homodimerlerdir.
Bazı bitkilerde, bu Fe-SOD, kloroplastlara nakil için varsayılan bir N-terminal sinyal sekansı içerir ve diğerleri, peroksizomlara nakil için bir C-terminal tripeptit sekansı içerir, bu nedenle, bunların alt hücresel dağılımlarının olduğu varsayılır. her iki bölmeyle sınırlıdır.
Üç tip süperoksit dismutaz enziminin moleküler yapısı, esas olarak alfa sarmallarından ve B-katlanmış tabakalardan oluşur.
Özellikleri
Süperoksit dismutazlar, hücreleri, organları ve vücut dokularını, lipid peroksidasyonu, protein denatürasyonu ve DNA mutagenezi gibi serbest oksijen radikallerinin neden olabileceği hasara karşı korur.
Hayvanlarda bu reaktif türler ayrıca kalp hasarına neden olabilir, yaşlanmayı hızlandırabilir ve iltihaplı hastalıkların gelişimine katılabilir.
Bitkiler ayrıca süperoksit dismutazın temel enzimatik aktivitesine ihtiyaç duyar, çünkü ortamdaki birçok stresli koşul oksidatif stresi, yani zararlı reaktif türlerin konsantrasyonunu arttırır.
İnsanlarda ve diğer memelilerde, süperoksit dismutaz için tanımlanan üç izoform farklı işlevlere sahiptir. Örneğin SOD2 izoenzimi, hücre farklılaşmasına ve tümör oluşumuna ve ayrıca hiperoksiye (yüksek oksijen konsantrasyonu) bağlı pulmoner toksisiteye karşı korumaya katılır.
Bazı patojenik bakteri türleri için, SOD enzimleri, istila işlemi sırasında karşılaşabilecekleri birçok oksidatif stres engelinin üstesinden gelmelerine izin veren "virülans faktörleri" olarak işlev görür.
İlgili hastalıklar
Süperoksit dismutaz aktivitesinde, hem iç hem de dış olmak üzere çeşitli faktörlere bağlı olarak bir azalma meydana gelebilir. Bazıları SOD enzimlerini kodlayan genlerdeki doğrudan genetik kusurlarla ilişkiliyken, diğerleri dolaylı olabilir, düzenleyici moleküllerin ekspresyonu ile ilgili olabilir.
İnsanlarda çok sayıda patolojik durum, obezite, diyabet, kanser ve diğerleri dahil olmak üzere SOD enzimleriyle ilgilidir.
Kansere ilişkin olarak, üç memeli süperoksit dismutazından (SOD1, SOD2 ve SOD3) herhangi birinin düşük seviyelerine sahip olan çok sayıda kanserli tümör türü olduğu tespit edilmiştir.
Süperoksit dismutaz aktivitesinin önlediği oksidatif stres ayrıca osteoartrit, romatoid artrit gibi diğer eklem patolojileriyle de ilişkilidir. Bu hastalıkların çoğu, faktör TNF-a gibi SOD aktivitesini inhibe eden faktörlerin ekspresyonu ile ilgilidir.
Referanslar
- Fridovich, I. (1973). Süperoksit Dismutazları. Annu. Rev. Biochem. , 44, 147-159.
- Johnson, F. ve Giulivi, C. (2005). Süperoksit dismutazları ve insan sağlığı üzerindeki etkileri. Tıbbın Moleküler Yönleri, 26, 340–352.
- Oberley, LW ve Bueftner, GR (1979). Kanserde Süperoksit Dismutazın Rolü: Bir Gözden Geçirme. Cancer Research, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D. ve Asada, K. (2012). Bitkilerde Süperoksit Dismutaz. Bitki Bilimlerinde Eleştirel İncelemeler, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T. ve Folz, R. (2002). Süperoksit dismutaz Multigene Ailesi: CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) ve EC-SOD (SOD3) Gen Yapıları, Evrimi ve Ekspresyonunun bir karşılaştırması. Ücretsiz Radikal Biyoloji ve Tıp, 33 (3), 337–349.