Szuperoxid-dismutáz

Szuperoxid-dismutáz A kép leírása, az alábbiakban szintén kommentálva Az emberi Mn -SOD tetramer szerkezete ( PDB  1VAR ) Kulcsadatok
EK sz. EC 1.15.1.1
CAS-szám 9054-89-1
Kofaktor (ok) Fe vagy Mn vagy ( Zn és Cu )
Enzimaktivitás
IUBMB IUBMB bejegyzés
IntEnz IntEnz nézet
BRENDA BRENDA bejárat
KEGG KEGG bemenet
MetaCyc Metabolikus út
PRIAM Profil
EKT Szerkezetek
MEGY AmiGO / EGO

A szuperoxid-diszmutázok (SOD) metalloproteinek , amelyek szintén oxidoreduktázok , amelyek katalizálják az anion- szuperoxid O 2 diszmutációját . • - oxigén O 2 -benés hidrogén-peroxid H 2 O 2 :

2 O 2• - + 2 H + ⟶ O 2+ H 2 O 2.

Ez az enzim részt vesz az oxidatív robbanásban, és a szabad gyökök eliminációs mechanizmusának is alapvető eleme . Szinte minden aerob organizmusban jelen van . Az egyik ritka kivétel a Lactobacillus plantarum és a rokon Lactobacillus , amelyek nem rendelkeznek ilyennel , és alternatív enzimatikus mechanizmust alkalmaznak.

Fém társfaktorok

A szuperoxid-diszmutázok metalloproteinek, amelyekre jellemző a fém ( réz Cu és cink Zn, mangán Mn, vas Fe vagy nikkel Ni), amelyek aktív helyükön találhatók . A réz-cink szuperoxid-diszmutázok és a nikkel-szuperoxid-diszmutázok a vas és a mangán szuperoxid-diszmutázok különálló osztályai. Ez utóbbi kettő valójában nagyon hasonló fehérjeszekvenciákkal és háromdimenziós szerkezettel rendelkezik . Ennek az utolsó családnak néhány fehérje kambiumista. Aktív helyükön vasat vagy mangánt fogadnak el, miközben megőrzik enzimatikus aktivitásukat.

Katalitikus reakció

Az SOD által katalizált szuperoxid aránytalanságát az alábbi két félreakció segítségével írhatjuk fel:

ahol M = Cu ( n = 1), Mn ( n = 2), Fe ( n = 2) vagy Ni ( n = 2).

Figyelembe véve ezeket az egyenleteket, bármilyen fémes elem részt vesz egy monoelectronic redox pár, amelynek redox potenciál a fiziológiás pH között van a potenciálok a reakciók az oxidáció (-0.33V, a dioxigén ) és csökkentése (+0, 89V a hidrogén-peroxid ) szuperoxid Can SOD-on belül használhatók. Bár ezek a fémkationok (a vas (II) kivételével) szabad állapotban nincsenek megfelelő potenciállal , a fehérje egyes mellékláncaiból ( pl. Hisztidin , cisztein , aszpartát ) származó donoratomok koordinációja a fémközpontban befolyásolja a redoxpotenciált fémelem elemeit, ezáltal lehetővé téve a szuperoxid aránytalan reakciójának katalizálását .

A réz és a cink enzimben a cinknek nem katalizátor, hanem strukturális szerepe van.

SOD-k az élőlényekben

A különböző típusú SOD-ok élőhelyekben való lokalizálását ebben a szakaszban tárgyaljuk.

Prokariótákban

A fotoszintetikus baktériumok citoplazmatikus Fe-SOD-tal rendelkeznek. A szulfátot redukáló baktériumokat általában periplazmatikus Fe-SOD és szuperoxid-reduktáz látja el a citoplazmában. A fakultatív anaerob vagy aerob baktériumok általában dimer Fe-SOD-kat vagy Mn-SOD-okat tartalmaznak. Ezen fajok némelyikében lehet mindkét fehérje. Az anaerob körülmények között tenyésztett E. coli csak Fe-SOD-ot expresszál. Másrészt dioxin jelenlétében Mn-SOD és Fe-SOD expresszálódnak. A Gram-negatív baktériumok , Mn-SOD indukálható, és a kapcsolódó DNS. A Fe-SOD egy konstitutív fehérje, amely a sejtfal közelében helyezkedik el. Az Mn-SOD és Fe-SOD aktív helyei azonos típusú oldalláncokat tartalmaznak, és csaknem azonos szerkezettel rendelkeznek.

A CuZn-SOD Gram-negatív baktériumokban is létezik. A periplazmában a fajtól függően monomer vagy dimer formában lokalizálódik. Normál tenyésztési körülmények között a CuZn-SOD a teljes SOD aktivitásnak csak 1–5% -át képviseli. Megvédené a baktériumokat az exogén szuperoxid hatásaitól.

Eukariótákban

A citoszol szinte minden eukarióta sejt tartalmazza a réz-cink formájában SOD (CuZn-SOD). A Cu-Zn enzim egy 32 500 dalton molekulatömegű homodimer .

A két alegység főleg hidrofób és elektrosztatikus mechanizmusokon keresztül lép kölcsönhatásba . A réz ligandumai a hisztidin négy oldallánca . A cink ligandumok három hisztidin oldalláncból és egy aszparaginsav oldalláncból állnak. Ennek a készletnek a sajátossága, hogy létezik egy hisztidin oldallánc, amely két fémiont köt össze.

Az eukarióta sejtek mitokondriumai és sok baktérium tartalmaz mangán SOD-ot (Mn-SOD). A mangán ligandumok három hisztidin oldallánc, egy aszpartát oldallánc és egy vízmolekula vagy egy OH - a mangán oxidációs állapotától függően (II. És III.).

Növényekben

A növények az egyetlen eukarióták, amelyek mind a három típusú SOD-mal rendelkeznek. A növényi extracelluláris SOD-t nem figyelték meg, ami arra utal, hogy a növényekben jelenlévő oxidatív stressz főleg fotoszintézis vagy légzés során keletkezik. Az Mn-SOD a mitokondriális mátrixban dimer vagy tetramer formában van jelen, a fajtól függően. A fajtól függően megtalálhatók az Mn-SOD izoformái a peroxiszómában és a glioxiszómában. Egy dimer CuZn-SOD van jelen a citoszolban. A tetramer CuZn-SOD a kloroplasztban expresszálódik a legtöbb fajban, bár egyes esetekben Fe-SOD expresszálódik ott.

Emberben

A SOD együttélésének három formája van az emberekben. Kétféle CuZn-SOD létezik. Az első típus (SOD1) egy dimer fehérje, amely a citoplazmában és a mitokondriális intermembrán térben található. A CuZn-SOD (SOD3) második típusa egy tetramer extracelluláris fehérje. Ez a fehérje képes kötődni a sejtmembránok felületéhez vagy az I. típusú kollagénhez , megvédi a sejteket az exogén oxidatív stressztől . Mn-SOD (sod2) található, a mitokondriális mátrixban , hanem a belső falán mitokondriumok védi azokat az oxidatív stressz által generált teljes lánc részt vesz a sejtlégzést . Az SOD1-3-nak megfelelő gének a 21., 6. és 4. kromoszómában találhatók (21q22.1, 6q25.3 és 4p15.3-p15.1).

Fiziológia

A gyök - szuperoxid anion O 2 • - spontán O 2 és H 2 O 2 -dá válikde fiziológiai körülmények között ennek a bimolekuláris reakciónak a sebessége alacsony, a szuperoxid élettartama pedig elég hosszú ahhoz, hogy képes legyen akár biológiai makromolekulák ( nukleinsavak , fehérjék stb.) összetevőinek oxidálására , akár más komponensek előállítására. . reaktív oxigéngyökök sokkal toxikusabb, mint a szuperoxid önmagában (mint például a peroxinitrit reagáltatjuk nitrogén-monoxidot vagy a hidroxil- csoport reagáltatva H 2 O 2).

A SOD enzimhatékonysága tehát elengedhetetlen pont fiziológiás hatásukban. A CuZn-SOD rendelkezik a legnagyobb ismert enzim katalitikus állandóval (k cat = ~ 10 9 M -1 s -1 ). A CuZn-SOD és a szuperoxid közötti reakciót csak a szuperoxid diffúziója korlátozza az enzim aktív helyére. A többi SOD valamivel kevésbé hatékony (k cat = ~ 10 8 M -1 s -1 ).

Normál körülmények között a SOD hatékonyan csökkenti a szuperoxid koncentrációját az élő szövetekben, korlátozva a szuperoxid toxicitását.

Mutációk

A SOD fiziológiai jelentőségét olyan genetikailag módosított egérvonalakon végzett vizsgálatok segítségével igazolták , amelyekben az SOD egyik típusát inaktiválták.

A mutációk hatásai:

  • Az SOD1 (citoszolos CuZn-SOD) hiányában szenvedő egerek nagyszámú patológiát fejlesztenek ki, beleértve a májrákot, az izomtömeg csökkenésének felgyorsulását az amiotrofikus laterális szklerózis (ALS) korai megjelenésével, a szürkehályog korai előfordulásával és a várható élettartam csökkenésével összefüggésben.
  • Azok az egerek, akiknek nincs SOD2 (Mn-SOD), a születés után néhány nappal elpusztul, hatalmas oxidatív stressz körülményei között .
  • Az SOD3 hiányában szenvedő egerek viszont nem mutattak semmilyen fiziológiai rendellenességet.

A citoszolikus CuZnSOD mutációi az egyetlen ismert okok a familiáris amiotróf laterális szklerózis (FALS) vagy a Charcot-kór mai napig . Ezt a neurodegeneratív betegséget a motoros neuronok progresszív pusztulása jellemzi, és átlagosan öt évvel az első tünetek megjelenése után a betegek halálát eredményezi.

Gyógyszer

orgotein
Kereskedelmi nevek
  • Szarvasmarha szuperoxid-dismutáz
  • Dismuzyme
  • ontosein
  • орготеин
  • Orgotein szuperoxid
  • rh-SOD
Adminisztráció intraartikuláris injekció, hólyag beépítése, intrakavernás injekció
Osztály Gyulladáscsökkentő és reumaellenes gyógyszerek, egyéb nem szteroid gyulladáscsökkentők, ATC kód: M01AX14
Egyéb információk ritka betegségek gyógyszere
Azonosítás
N o CAS 9054-89-1
N o ECHA 100 029 936

Indukció az oxidatív stressz hatására

A szuperoxid-diszmutázt az oxidatív stresszhez kapcsolódó különféle patológiák indukálják , ideértve az elhízást (fiatalság alatt).

Az enzim túlzott expressziójával jellemzett patológiák

Mivel a SOD a 21. kromoszómán lokalizálódik, expressziója megnő a 21. triszómiában, ami Down-szindrómát eredményez . A feltételezettekkel ellentétben úgy tűnik, hogy a SOD túlzott aktivitása a szenvedőkben nem okoz egészségügyi problémákat más génekkel járó Down-szindrómával kapcsolatban .

Érzékenység bizonyos elektromágneses mezőkre

A ponthegesztő eszközöket használók (akiket egyre inkább robot-hegesztők váltanak fel a fémépítőiparban, különösen az autóiparban és a repülésben) nem látják, hogy a vér antioxidáns szintje csökken, de vörösvértestjeikben a szuperoxid-dismutáz szintje csökken -22% (azt is megfigyelték, hogy a glutation-peroxidáz vagy a GPX is csökken, valamivel kevesebbet: -12,3% -kal. Jelentős összefüggést mutat az intenzitás. Ez a fajta elektromágneses mező (ELF-MF) ezért ronthatja az antioxidáns aktivitást a vörösvérsejtek és úgy járnak, mint az oxidatív stressz (akár az ajánlott expozíciós szintek).

Lehetséges kozmetikai alkalmazás

Egy tanulmány leírja a CuZn-SOD lehetséges alkalmazását a bőr oxidatív stresszének csökkentésére , például az emlőrák sugárkezeléséből származó fibrózis csökkentésére . Ez a tanulmány azonban csak előzetes, a kísérleti protokoll korlátai miatt (nincs kettős-vak vagy placebo csoport ).

Megjegyzések és hivatkozások

  1. (en) I Bertini , S Mangani és MS Viezzoli , "  A réz-cink szuperoxid-diszmutázok szerkezete és tulajdonságai.  » , Adv. Inorg. Chem. , vol.  45,1997, P.  127-250.
  2. (in) SB Choudhury , JW Lee , G Davidson , YI Yim , K Bose , ML Sharma , SW Kang , DE Cabelli és J. Maroney , "  A nikkel hely szerkezetének és reakciómechanizmusának vizsgálata Streptomyces seoulensis szuperoxid dismutázban .  ” , Biokémia , vol.  38, n o  12,1999, P.  3744-3752 ( PMID  10090763 , DOI  10.1021 / bi982537j ).
  3. (a) WC Stallings , KA Pattridge , RK Erős és MI Ludwig , "  mangán-szuperoxid-dizmutáz és a vas strukturális homológok.  ” , Journal of Biological Chemistry , vol.  259, n o  17,1984, P.  10695-10699 ( PMID  6381489 )
  4. (in) B Meier , D Barra , F Bossa , L Calabrese és G Rotilio , "  Vagy az Fe vagy a Mn-szuperoxid-diszmutáz szintézise egy látszólag azonos Moity fehérjével egy anaerob baktériumtól, amely a szállított fémtől függ.  ” , Journal of Biological Chemistry , vol.  257, n o  23,1982, P.  13977-13980 ( PMID  7142189 )
  5. potenciálok pH = 7,25 ° C-on és a standard hidrogénelektródával szemben
  6. E. coli Fe-SOD : PDB 1ISA , EC 1.15.1.1.
  7. (a) HM Steinman , L Weinstein és M Brenowitz , "  A mangán-szuperoxid-diszmutázt a E. coli K-12 társult DNS.  ” , Journal of Biological Chemistry , vol.  269, n o  46,1994, P.  28629-28634 ( PMID  7961811 )
  8. (en) A BATTISTONI , F Pacello , AP Mazzetti , C Capo , JS Kroll , PR Langford , A Sansone , G Donnarumma , P Valenti és G Rotilio , "  A hisztidinben gazdag fém-kötő domén az N-terminálison a Cu, Zn -Szuperoxid-lebontás a kórokozó baktériumoktól. Új stratégia a fémszerkezetek számára.  ” , Journal of Biological Chemistry , vol.  276, n o  32,2001, P.  30315-30325 ( PMID  11369756 , DOI  10.1074 / jbc.M010527200 )
  9. kereskedelmi forgalomban kapható CuZn-SOD-ot szarvasmarha vörösvérsejtjeiből tisztítják : PDB 1SXA , EC 1.15.1.1).
  10. Humán mitokondriális Mn-SOD: PDB „  1N0J  ” ( Archívum • Wikiwix • Archive.is • Google • Mit kell tenni? ) , EC 1.15.1.1.
  11. (en) HX Deng , A Hentati , JA Tainer , Z Iqbal , A Cayabyab , WY Hung , ED Getzoff , P Hu , B Herzfeldt , RP Roos , C Warner , C. Deng , E Soriano , C Smyth , HE Parge , A Ahmed , AD Roses , RA Hallewell , MA Pericak-Vance és T Siddique , „  Amiotróf laterális szklerózis és szerkezeti hibák Cu-ban, Zn szuperoxid-dismutáz.  ” , Science , vol.  261, n o  5124,1993, P.  1047-1051 ( PMID  8351519 , DOI  10.1126 / science.8351519 )
  12. (a) Marberger M, Huber W, Bartsch G, Schulte T, P Swoboda, "  Orgotein egy új gyógyszer gyulladáscsökkentők Metalloproteinek értékelése a klinikai hatásosság és biztonságosság gyulladásos állapot a húgyúti  " , Int Urol Nephroi , Vol.  6, n o  21974, P.  61-74. ( PMID  4615073 )
  13. (in) Gustafson H, Johansson B, F Edsmyr, "  Peyronie-kór: az Orgoteinnel végzett helyi kezelés tapasztalata  " , Eur Urol , vol.  7, n o  6,tizenkilenc nyolcvan egy, P.  346-8. ( PMID  7286003 )
  14. (en) S Sfar , R Boussoffara , MT Sfar és A Kerkeni , "  Antioxidáns enzimaktivitások tunéziai elhízott gyermekeknél.  » , Nutr J , vol.  12, n o  1,2013. január, P.  18 ( PMID  23360568 , DOI  10.1186 / 1475-2891-12-18 )
  15. (in) JF Turrens , "  Fokozott szuperoxid-diszmutáz és Down-szindróma.  » , Med Hypotheses , vol.  56, n o  6,2001. június, P.  617-619 ( PMID  11399108 , DOI  10.1054 / mehy.2001.1327 )
  16. Akbar Sharifian , Marjan Gharavi , Parvin Pasalar és Omid Aminian , „  A rendkívül alacsony frekvenciájú mágneses mező hatása a plazma és vörösvérsejtek antioxidáns aktivitására a ponthegesztőkben  ”, International Archives of Occupational and Environmental Health , vol.  82, n o  22009. január, P.  259–266 ( ISSN  1432-1246 , PMID  18504600 , DOI  10.1007 / s00420-008-0332-2 , online olvasás , hozzáférés : 2020. október 13. )
  17. F. Campana, Helyi szuperoxid-diszmutáz csökkenti a besugárzás utáni emlőrák fibrózisát , J. Cell. Mol. Med., 2004, 8 (1), 109-116. „  Szabad hozzáférésű szöveg - PDF 333kB  ” ( Archívum • Wikiwix • Archive.is • Google • Mit kell tenni? ) (Hozzáférés : 2013. március 30. )

Függelékek

Kapcsolódó cikkek

Bibliográfia

  • (en) Barry Halliwell és John Gutteridge, Free Radicals in Biology and Medicine, Oxford University Press , USA, 1999.
  • en) Fridovich I (1986). Szuperoxid-diszmutázok. Adv. Enzymol. Relat. Területek Mol. Biol. 58: 61-97.

Külső linkek