超氧化物歧化酶

編輯 鎖定
超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)是生物體系中抗氧化酶系的重要組成成員,廣泛分布在微生物、植物和動物體內 [1] 
中文名
超氧化物歧化酶
外文名
Superoxide Dismutase
縮    寫
SOD

超氧化物歧化酶基本簡介

超氧化物歧化酶概念

超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)是生物體內存在的一種抗氧化金屬酶,它能夠催化超氧陰離子自由基歧化生成氧和過氧化氫,在機體氧化與抗氧化平衡中起到至關重要的作用,與很多疾病的發生、發展密不可分 [2] 

超氧化物歧化酶分類

按照 SOD 中金屬輔基的不同,大致可將 SOD 分為三大類,分別為 Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、 Fe-SOD [3] 
①Cu/Zn-SOD: 呈藍綠色,主要存在于真核細胞的細胞質內,被認為存在于比較原始的生物類群中且分布最廣的一種 [3] 
②Mn-SOD:呈粉紅色,主要存在于原核生物和真核生物的線粒體中 [3] 
③Fe-SOD:呈黃褐色,主要存在于原核細胞中 。它們可以有效地清除超氧陰離子自由基(帶有 1 個未成對電子的同時,還帶有 1 個負電荷),避免其對細胞過度的損傷,具有抗氧化、抗輻射及抗衰老等功能 [3] 

超氧化物歧化酶分布

①大多數原始的無脊椎動物細胞中都存在Cu/Zn-SOD,脊椎動物則一般含有Cu/Zn-SOD和Mn-SOD。人、鼠、豬、牛等紅細胞和肝細胞中含Cu/Zn-SOD,且其主要存在于細胞質,同時也存在于線粒體內外膜之間。而從人和動物肝細胞中也純化了Mn-SOD,其一般存在于線粒體基質中。
②植物細胞中的Fe-SOD主要存在于葉綠體中。
③真菌里一般含Mn-SOD和Cu/Zn-SOD。大多數真核藻類在其葉綠體基質中存在Fe-SOD,類囊體膜上結合著Mn-SOD,而多數藻類中不含Cu/Zn-SOD。

超氧化物歧化酶結構

①Cu/Zn-SOD :其活性中心包括一個 Cu 離子和一個 Zn 離子。研究表明,Cu 的存在是 Cu/Zn-SOD 活性所必需的,它直接與超氧陰離子自由基作用,而 Zn 周圍環境擁擠,沒有直接裸露在反應溶液中,不直接與 超氧陰離子自由基作用,起到穩定活性中心周圍環境的作用。二價銅離子與其周圍四個組氨酸上的氮原子以配位鍵結合,構型是一個畸變的近平面四方形。Zn 的周圍有三個組氨酸通過氮原子與之配位,其中一個組氨酸被 Cu 和 Zn 所共用,形成―咪唑橋‖結構。另外,Zn 還同一個天冬氨酸殘基配位,使 Zn 形成畸面四面體配位構型 [4] 
②Mn-SOD :由 203 個氨基酸殘基構成。活性中心為 Mn(Ⅲ),配位結構為五配位的三角雙錐, 其中一個軸向配體為水分子,另一軸向位置的配位基為 His-28 蛋白質輔基,在赤道平面上是蛋白質輔基 His-83,Asp-166 和His-170。酶的活性部位在一個主要由疏水殘基構成的環境里,兩個亞基鏈組成一個通道,構成了底物或其它內界配體接近 Mn(Ⅲ)離子的必經之路 [5] 

超氧化物歧化酶反應機理

SOD 的催化作用是通過金屬離子 Mn+1 (氧化態)和 Mn (還原態)的交替電子得失實現的。一般認為 超氧陰離子自由基首先與金屬離子形成內界配合物,Mn+1被體內的 超氧陰離子自由基還原為 Mn ,同時生成 O2 ,Mn又被 HO2· 氧化為 Mn+1 ,同時生成 H2O2 [3]  。而 SOD 又被氧化為初始氧化態的 SOD。最后,H2O2在過氧化氫酶的作用下,被催化分解為水(H2O)和 O2 [1] 

超氧化物歧化酶測定方法

超氧化物歧化酶活性的主要測定方法有直接法、鄰苯三酚自氧化法、細胞色素C還原法、化學發光法及熒光動力學法等。近年來又建立了多種新方法,如免疫學方法、簡易凝膠過濾擴散法、極譜氧電極法、微量測活方法等 [2] 
1.直接法 原理是根據O2.- 或產生O2.- 的物質本身的性質測定O2.-的歧化量,從而確定SOD的活性。經典的直接法包括:脈沖輻射分解法、電子順磁共振波法(EPR)、核磁共振法。由于所需的儀器設備價格昂貴,一般較少應用。
2.鄰苯三酚自氧化法:原理是基于經典的分光光度法,在堿性條件下,鄰苯三酚自氧化成紅桔酚,用紫外-可見光譜跟蹤波長為325nm、420nm或650nm(經典為420nm),同時產生O2.-,SOD催化O2.- 發生歧化反應從而抑制鄰苯三酚的自氧化,樣品對鄰苯三酚自氧化速率的抑制率,可反映樣品中的SOD含量。本法具有特異性強,所需樣本量少(僅50μl),操作快速簡單,重復性好,靈敏度高,試劑簡單等優點。
3.細胞色素C還原法:原理是黃嘌呤-黃嘌呤氧化酶體系中產生的O2.-使一定量的氧化型細胞色素C還原為還原型細胞色素C,后者在550nm有最大光吸收。在SOD存在時,由于一部分O2.-被SOD催化而歧化,O2.-還原細胞色素C的反應速度則相應減少,即其反應受到抑制。將抑制反應的百分數與SOD濃度作圖可得到抑制曲線,由此計算樣品中SOD活性。本法是間接法中的經典方法,但本法靈敏度較低。
4.化學發光法:原理是黃嘌呤氧化酶在有氧條件下,催化底物黃嘌呤或次黃嘌呤發生氧化反應生成尿酸,同時產生O2.-。后者可與化學發光劑魯米諾反應,使其產生激發。SOD能清除O2.-從而抑制魯米諾的化學發光。本法可應用于SOD的微量測定,不僅靈敏度高,簡便易行,而且特異性與準確性至少與細胞色素C還原法類似。
5.免疫學方法:其測定的是SOD活性,免疫學方法則可測定樣品中SOD的質量,因此特異性較好,是較理想的測定SOD方法,免疫法有放射免疫法、化學發光免疫分析法、ELISA法等。但其缺陷是只能測定抗體相應的抗原,對于檢測不同種類的SOD,則須制備相應的特異性抗體,手續繁瑣。

超氧化物歧化酶應用領域

超氧化物歧化酶食品方面

SOD 在蔬菜水果中含量較高,如香蕉、山楂、刺梨、獼猴桃、大蒜等,其他如扇貝、雞肉等中也有分布。SOD 的活性在果皮中高于果肉,在新鮮水果中高于放置后的水果。并以各種形式被加工成保健品和食品添加劑等作為使用,如添加有 SOD 的牛奶、啤酒、軟糖等類型的食品營養強化劑 [6] 

超氧化物歧化酶日化工業方面

皮膚衰老和損傷是人體衰老的重要特征,而人體衰老是由于活性氧類自由基堆積或清除產生障礙的后果,體內的多余自由基會引起細胞損傷以及色素沉著。由于人的皮膚直接與氧氣接觸,會造成皮膚的老化和損傷。外源 SOD 的補充有利于延緩皮膚衰老、抗氧化、祛色斑的功用。故國內外許多化妝品廠家都在自身產品中加入了一定比例的 SOD。如法國的雅詩蘭黛石榴水、日本的 SKII 神仙水,以及國內大寶 SOD 蜜等 [1] 

超氧化物歧化酶抗炎方面

基于 SOD 是作用于超氧陰離子自由基的專一歧化反應催化劑,故 SOD 作為醫藥產品,在治療因自由基作用而導致的炎癥、自身免疫性、心腦血管疾病等都有著顯著療效。SOD 可利用其抗氧化作用抑制關節炎、胸膜炎、急性氣管炎等炎癥類型 [7] 

超氧化物歧化酶抗腫瘤方面

在人體內SOD可有效的通過清除超氧陰離子自由基最終能達到抑制癌細胞的效果,Mn-SOD表達效果更為突出 [7] 
參考資料
詞條標簽:
科學百科農業科學分類 中國食品科學技術學會 科學 文化 學科 化學品