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1、新学术超氧化物歧化酶(SOD)的功能及应用马振华杨红强杨琼1938年,keilin从牛血中分离出一种Cu的血铜蛋白。1969年Mccwrd及Fridovich发现血铜蛋白、肝铜蛋白、脑铜蛋白均有O2-歧化活性,因此,将该酶命名为超氧化物歧化酶。此后,对超氧化物歧化酶的研究逐步深入。超氧化物歧化酶(SOD)广泛存在与一切生物机体内,通过催化超氧阴离子自由基(O-2)发生歧化反应,减轻或消除超氧阴离子自由基(O-2)对机体的损害。一、SOD的种类超氧化物歧化酶广泛存在于生物界,为止人们已从细菌、真菌、藻类、鱼昆
2、虫、植物和哺乳动物等各种生物体内分离得到了多种SOD,按照结合的金属离子的种类不同,可分为三种类型:含Cu且含Zn的CuZn-SOD、仅含Mn的Mn-SOD和仅含Fe的Fe-SOD。CuZn-SOD主要存在于动物、植物的细胞质和植物的叶绿体以及某些原核生物中,Mn-SOD存在于真核生物线粒体、原核生物、原生生物中,Fe-SOD分布于植物叶绿体、原核生物、原生生物中。通常提取的SOD是CuZn-SOD,相对分子质量约在3,1000~3,3000,完整的SOD分子由2个亚基组成,每个亚基由约150个氨基酸残基组
3、成,并含有1个Cu2+和1个Zn2+(晶体结构模型见图),酶分子中Zn2+主要起稳定结构的作用,Cu2+则与酶活性直接相关。纯净的CuZn-SOD固体呈蓝绿色,在258nm处有最大光吸收。SOD耐热耐酸,故是一种稳定性较好的酶制剂,其化学本质为蛋白质。它的功能是催化超氧阴离子自由基歧化为过氧化氢和氧产生的过氧化氢在生物体内被过氧化氢酶所分解。超氧-316-□理论战线阴离子自由基是生物体内正常代谢的产物,但自由基的积累将使细胞膜的脂质发生过氧化作用而引起膜裂变,导致细胞损伤甚至细胞死亡。SOD是生物体内一种重
4、要的而且也是最佳的自由基清除剂。国内外对其毒性和毒理进行了广泛的研究,实验表明SOD对人、畜无毒副作用,是一种纯天然型生物活性物质。二、SOD的分子结构迄今为止,在SOD一级结构的研究中发现:各种不同来源的SOD的氨基酸组成显示出明显的进化上的保守性和高度序列的同源性。多年来,尽管人们在确定SOD的一级结构,预测高级结构等方面做了大量工作,但其构象搞清楚的还不多。1982年,Tainer等获得了牛红细胞Cu/Zn-SOD的0.2nm分辨率电子密度图,显示出亚基的结构核心是一个由八股反平行的β折叠围成的圆桶状
5、结构,称之为β桶(β-barrel)、其一侧尚有两个无代表性结构的环(loop)。整个结构含α螺旋较少。从牛红细胞Cu/Zn-SOD的氨基酸序列看,Cu与44﹑46﹑61和118位的组氨酸相连,Zn与61﹑69﹑78位的组氨酸和81位的天冬氨酸相连。Cu﹑Zn之间通过组氨酸61形成"咪唑桥"结构。在"咪唑桥"结构中,咪唑环几乎与Cu﹑Zn金属离子在一个平面上,仅向Cu侧倾斜了约0.03nm,所有的五个非配位的咪唑氮和非配位的天冬氨酸81羧基中的氧都是氢键相连,而组氨酸61的咪唑基的吡咯氢已被除去,允许同时和
6、Cu、Zn相配位。此外,天冬氨酸122与组氨酸69和组氨酸44之间形成氢键,由此构成了Cu﹑Zn之间第二座间接的桥。这两座"桥"在酶的催化反应过程中对酶结构的稳定起着重要作用。半胱氨酸55和144的SH基之间形成的二硫键是Cu/Zn-SOD中唯一的一对链内二硫键,对维持Cu/Zn-SOD结构的稳定也起着重要作用。Mn-SOD晶体和Fe-SOD晶体的电子密度图分辨率分别为0.18nm和0.21nm,在活性中心以及金属-配体簇附近的结构上,两者很相似。每个亚基包含两个结构域。一个结构域由三个α螺旋组成,另一个结
7、构域由三个α螺旋和一个β折叠组成。金属结合位点就在这两个结构域之间。围绕活性中心的是几个保守的芳香族氨基酸,其中有三个酪氨酸,三个色氨酸和两个苯丙氨酸,都在距金属离子1nm的范围内。在Fe-SOD中,第90位氨基酸残基是酪氨酸,在Mn-SOD中则是苯丙氨酸,两者都围绕活性中心,作用相似。Mn-SOD和Fe-SOD尽管在一级结构和空间结构上显示了很大的相似性,但毕竟还有区别。在一级结构上,也有几个位置的氨基酸对Mn,Fe-SOD分别是专一的,由此可以区别Mn-SOD和Fe-SOD。三、超氧化物歧化酶在医学上的
8、应用1、SOD在抗衰老中的作用人体随着年龄的增加,皮肤会变得粗糙、发皱、变黑和形成老年斑,其中老年斑是皮肤衰老的典型现象,即在老年人的面部、手部皮肤上出现黑褐色斑块或斑点。老年斑主要由黑色素组成,而自由基在黑色素形成、反应和组成中起重要作用。2、SOD在疾病治疗中的作用人类机体所处的环境复杂,体内经常不断地产生自由基,特别在病理过程中,产生大量的O-2,这些O-2反过来促进病情加重,因而SOD在清除O-2中则显得
