초과 산화물 dismutases ( SOD ) 또는 슈퍼 옥사이드 산화 환원 효소는 , 특히 슈퍼 옥사이드 음이온 라디칼 그 기능이 활성 산소에 대한 호기성 미생물을 방어하는 주요 인 자연의 유비쿼터스 효소의 가족입니다.
이 효소가 촉매 작용을하는 반응은 호흡 할 수있는 (호기성) 거의 모든 세포에서 발생하며, 진핵 생물과 원핵 생물 모두에서 산소에서 독성 자유 라디칼을 제거하므로 생존에 필수적입니다.
Cu-Zn Superoxide Dismutase (SOD)의 그래픽 표현 (출처 : Wikimedia Commons를 통한 European Bioinformatics Institute의 Jawahar Swaminathan 및 MSD 직원)
동물의 많은 질병은 서로 다른 활성 산소 종의 축적과 관련이 있으며, 환경은 수퍼 옥사이드 디스 뮤 타제의 활성으로 인해 극복되는 수많은 일정한 유형의 산화 스트레스를 부과하기 때문에 식물도 마찬가지입니다.
이 효소 그룹은 1969 년 McCord와 Fridovich에 의해 발견되었으며 그 이후로 이러한 효소와 이들이 생물에서 촉매하는 반응에 대해 상당한 발전이있었습니다.
형질
슈퍼 옥사이드 디스 뮤타 아제는 슈퍼 옥사이드 라디칼과 매우 빠른 속도로 반응하며, 이는 이러한 분자 제거를위한 매우 효과적인 방어선으로 해석됩니다.
포유류에서, 각각 SOD1, SOD2 및 SOD3로 알려진 수퍼 옥사이드 디스 뮤 타제에 대해 3 개 이상의 이소 형이 설명되었습니다.
이 이소 형 중 두 개는 촉매 중심에 구리와 아연 원자를 가지고 있으며 그 위치에서 서로 다릅니다 : 세포 내 (세포질, SOD1 또는 Cu / Zn-SOD) 또는 세포 외 요소 (EC-SOD 또는 SOD3).
SOD2 또는 Mn-SOD isoform은 이전의 두 가지와 달리 망간 원자를 보조 인자로 가지고 있으며 그 위치는 호기성 세포의 미토콘드리아로 제한되는 것으로 보입니다.
SOD1 동종 효소는 주로 세포질에서 발견되지만 핵 구획과 리소좀에서도 발견되었습니다. 대조적으로 SOD 3 동종 효소는 인간 혈장, 림프액 및 뇌척수액에서 설명되었습니다.
이 isoform 각각은 서로 다른 유전자에 의해 암호화되지만 동일한 패밀리에 속하며, 전사 조절은 본질적으로 다른 내부 신호 전달 단계를 유발하는 세포 외 및 세포 내 조건에 의해 제어됩니다.
기타 슈퍼 옥사이드 디스 뮤 타제
구리 및 아연 또는 망간 이온을 보유하는 촉매 부위가있는 슈퍼 옥사이드 디스 뮤타 아제는 포유류에 고유하지 않으며 다른 종류의 식물과 박테리아를 포함한 다른 유기체에도 존재합니다.
포유류에서는 발견되지 않고 쉽게 알아볼 수있는 추가적인 수퍼 옥사이드 디스 뮤 타제 그룹이 있는데, 이는 활성 부위에 다른 클래스의 수퍼 옥사이드 디스 뮤 타제에 대해 이전에 설명 된 세 가지 이온 대신 철을 포함하기 때문입니다.
E. coli에서 철 함유 슈퍼 옥사이드 디스 뮤타 아제는 호흡 중에 생성되는 산소 자유 라디칼의 검출 및 제거를 담당하는 주변 세포질 효소입니다. 이 효소는 많은 진핵 생물의 미토콘드리아에서 발견되는 것과 유사합니다.
식물에는 구리와 아연 (Cu / Zn-SOD)을 포함하는 효소, 망간 (Mn-SOD)을 포함하는 효소, 활성 중심과 이러한 유기체에 철 (Fe-SOD)이 포함 된 효소의 세 가지 유형이 있습니다. 그들은 비 식물성 효소의 기능과 유사한 기능을 발휘합니다.
반응
수퍼 옥사이드 디스 뮤 타제의 기질은 수퍼 옥사이드 음이온으로 O2-로 표시되며 산소 환원 과정에서 중간체입니다.
이들이 촉매하는 반응은 분자 산소와 과산화수소를 형성하는 자유 라디칼의 변형 (변이)으로 광범위하게 볼 수 있으며, 이는 각각 매질로 방출되거나 다른 효소의 기질로 사용됩니다.
과산화수소는 세포 보호에 중요한 기능을하는 효소 인 글루타티온 퍼 옥시다아제 및 카탈라아제의 작용으로 세포에서 제거 될 수 있습니다.
구조
인간의 수퍼 옥사이드 디스 뮤 타제 동종 효소는 특정 구조적 측면에서 서로 다를 수 있습니다. 예를 들어, SOD1 동종 효소는 분자량이 32kDa이고 SOD2와 SOD3는 각각 분자량이 95 및 135kDa 인 동 종사 량체입니다.
다른 그룹의 수퍼 옥사이드 디스 뮤 타제 인 Fe-SOD는 포유 동물 이외의 식물과 유기체에 존재하며 동일한 서브 유닛을 가진 이량 체 효소입니다. 즉, 동종이 량체입니다.
일부 식물에서 이러한 Fe-SOD는 엽록체로의 수송을위한 추정 N- 말단 신호 서열을 포함하고 다른 식물은 퍼 옥시 좀으로의 수송을위한 C- 말단 트리 펩티드 서열을 포함하므로, 그 세포 내 분포는 다음과 같은 것으로 추정됩니다. 두 구획으로 제한됩니다.
세 가지 유형의 슈퍼 옥사이드 디스 뮤 타제 효소의 분자 구조는 본질적으로 알파 나선과 B- 접힌 시트로 구성됩니다.
풍모
슈퍼 옥사이드 디스 뮤 타제는 지질 과산화, 단백질 변성 및 DNA 돌연변이 유발과 같이 자유 산소 라디칼이 유발할 수있는 손상으로부터 세포, 기관 및 신체 조직을 보호합니다.
동물에서 이러한 반응성 종은 또한 심장 손상을 일으키고 노화를 가속화하며 염증성 질환의 발병에 참여할 수 있습니다.
식물은 또한 환경의 많은 스트레스 조건이 산화 스트레스, 즉 유해한 반응성 종의 농도를 증가시키기 때문에 superoxide dismutase의 필수 효소 활성을 필요로합니다.
인간과 다른 포유류에서 superoxide dismutase에 대해 설명 된 세 가지 isoform은 다른 기능을 가지고 있습니다. 예를 들어, SOD2 동종 효소는 세포 분화 및 종양 형성에 참여하고과 산소 (산소 농도 상승) 유발 폐 독성으로부터 보호합니다.
일부 병원성 박테리아 종의 경우 SOD 효소는 침입 과정에서 직면 할 수있는 많은 산화 스트레스 장벽을 극복 할 수있는 "바이러스 인자"로 기능합니다.
관련 질병
슈퍼 옥사이드 디스 뮤 타제 활성의 감소는 내부 및 외부의 여러 요인으로 인해 발생할 수 있습니다. 일부는 SOD 효소를 암호화하는 유전자의 직접적인 유전 적 결함과 관련이있는 반면, 다른 것은 조절 분자의 발현과 관련하여 간접적 일 수 있습니다.
인간의 많은 병리학 적 상태는 비만, 당뇨병, 암 등을 포함한 SOD 효소와 관련이 있습니다.
암과 관련하여 세 가지 포유류 슈퍼 옥사이드 디스 뮤 타제 (SOD1, SOD2 및 SOD3) 중 어느 하나의 수준이 낮은 암 종양 유형이 다수 존재하는 것으로 확인되었습니다.
수퍼 옥사이드 디스 뮤 타제 활성이 방지하는 산화 스트레스는 골관절염, 류마티스 관절염과 같은 다른 관절 병리와도 관련이 있습니다. 이러한 질병의 대부분은 인자 TNF-α와 같은 SOD 활성을 억제하는 인자의 발현과 관련이 있습니다.
참고 문헌
- Fridovich, I. (1973). Superoxide Dismutases. Annu. Biochem. , 44, 147-159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Superoxide dismutases 및 인체 건강에 미치는 영향. 의학의 분자 적 측면, 26, 340–352.
- Oberley, LW, & Bueftner, GR (1979). 암에서 Superoxide Dismutase의 역할 : 검토. 암 연구, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). 식물의 Superoxide Dismutase. 식물 과학의 비판적 검토, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Superoxide dismutase Multigene Family : CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) 및 EC-SOD (SOD3) 유전자 구조, 진화 및 발현 비교. 자유 라디칼 생물학 및 의학, 33 (3), 337–349.