超氧化物歧化酶.docx

超氧化物歧化酶(SOD)简述YB 2012级生物技术 摘要：超氧化物歧化酶首先由Mann和Keilin从牛红细胞中分离提取出,是生物体内一种重要的抗氧化酶,由于其具有清除生物体内超氧阴离子自由基的作用,而引起广大学者的关注。本文概述了SOD的分类、结构、理化性质及研究进展,并对其应用前景进行了展望。关键词：超氧化物歧化酶;SOD;理化性质生物体内低浓度超氧阴离子自由基(O-2)是维持生命活动所必需的,其浓度过高时,可引起机体组织细胞氧化损伤,导致机体发生疾病,甚至死亡。超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,简称SOD)是清除生物体内超氧阴离子自由基的一种重要抗氧化酶,具有抗衰老、抗癌、防白内障等作用[1],因而受到全世界学术界广泛关注,使之成为涉及分子生物学、微生物学、医学等学科领域及医药、化工、食品等生产行业的一个热门研究课题[2]。SOD的分类 SOD广泛存在于动、植物及微生物中[1]。根据其结合金属种类不同,可分为三类:第一类为Cu·Zn-SOD,呈蓝绿色,相对分子量约为32kDa,主要存在于真核细胞细胞浆、叶绿体和过氧化物酶体内;第二类为Mn- SOD,呈紫红色,相对分子量约为40kDa,主要存在于真核细胞线粒体和原核细胞中;第三类为Fe-SOD,呈黄褐色,相对分子量约为38.7kDa,主要存在于原核细胞及一些植物中[2]。SOD的结构1975年Richardson得到了Cu?Zn-SOD的三维结构[5],发现它是由2个基本相似的亚基组成的二聚体,且每个亚基含有1个铜原子和1个锌原子。2个相同亚基之间通过非共价键的疏水相互作用而缔合,类似于圆筒的端面。Cu?Zn-SOD的单个亚基活性中心结构见图1。从图中可知Cu与4个来自组氨酸残基(His44,46,61,118)的咪唑氮配位呈现1个三角双锥畸变的四方锥构型,Zn则与3个来自组氨酸残基(His61,69,78)的咪唑氮和1个天门冬氨酸残基(Asp81)的羧基氧配位,呈畸变的四面体构型。Mn-SOD和Fe-SOD的结构则比较简单,且二者相似,每个亚基的活性中心金属离子,都是与1个水分子和3个组氨酸(His)残基及1个天门冬氨酸(Asp)残基的羧基氧配位,呈畸变四方锥构型[6]。Mn-SOD和Fe-SOD一般为二聚体或四聚体,每个亚基含0.5一1.0个Mn和Fe原子。它们在空间结构上与Cu·Zn-SOD不同,含有较高程度的。一螺旋,而件折登较少。现已有多种生物中的SOD的三维结构登录到GenBank中,并且对其内部结构特征进行了分析。SOD的理化性质3.1 SOD的主要物化特性 近年来很多专家对SOD的物化特性进行了系统研究,研究结果表明:SOD属酸性蛋白酶,对pH、热和蛋白酶水解等反应比一般酶稳定[7]。将三类SOD的主要物化特性列于表1。Joan等人指出不同来源的Cu·Zn-SOD具有较高的同源性,它们的物化特性也很相似,据推测它们可能由同一原始酶进化而来。不同来源的Mn-SOD和Fe-SOD也具有相似的物理性质和较高的同源性,它们可能由另一原始酶进化而成。SOD的活性中心和催化机理三类SOD的活性中心都含有金属离子。如采用物理或化学方法除去金属离子，则酶活丧失;如重新加上金属离子，则酶活又恢复。Cu·Zn - SOD的活性中心形态像个椭圆形口袋，口袋底部的Cu2+与4个His和1个H2O配位，E2+与3个His和1个Asp配位。Cu和Zn离子之间通过共同连接1个His而构成咪唑桥结构[8]。口袋长15A°、宽9A°、深6A°，口袋底部是Cu2+和Zn2+存在的部位，底物就结合于口袋之中。活性中心的His对酶活性至关重要，该残基受损，酶活性丧失，位于活性中心附近且与Cu2+相距6A°的精氨酸143，因具有正电荷，是进人活性中心的诱导者，并提供H+以加快歧化速度。如果该酶残基被修饰，大部分正电荷消失，不利的进人，酶活性降低99% 。Cu2+和Zn2+对活性中心的作用亦不同，Cu2+是必需的，任何金属取代Cu2+都可使酶失活，而Zn2+被Co2+, Hg2+、Cd2+取代而不影响活性[7]。Mn-SOD和Fe-SOD的活性中心的金属离子与3个His,1个Asp和1个H2O配位。三类SOD的活性中心均含有金属离子,His、Asp和H2O[8]。氧化物可以与Cu2+和Zn2+配位而使酶失活,但不受乙醇、氯仿影响;金属的鳌合剂如EDTA可除去Cu2+、Zn2+,导致酸失活;H2O2能与Cu2+反应,使Cu2+变成Cu+,导致酶失活;添加·OH清除剂可保护酶的天然结构。Mn-SOD具有抗CN-能力,但可被乙醇、氯仿破坏,Mn-SOD可由氧诱导产生,其增加是和高压氧的量有关,故认为Mn-SOD是内源性0夏的“清道夫”。Fe-SOD能抗CN-,但氧不能诱导Fe-S