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第十三章 超氧化物歧化酶研究及应用进展 高丽萍 20010.4.12 一、超氧化物歧化酶的来源、分布及种类 二、超氧化物歧化酶的结构、性质、作用 机理及其基因的分子生物学 三、超氧化物歧化酶的活力测定和生理功能 四、超氧化物歧化酶的研究动态、开发应用及存在的问题 Superoxide Dismutase 简称SOD , EC1. 5.1.1 含不同金属离子的氧化还原酶 广泛存在于生物界 历史与发现 1938年，Mann he Keilin首次从牛红细胞中分离出一种蓝色的含铜蛋白。 当时并不知道它们的性质和作用，以为它是金属的储藏库。 1969年，Mccord和Fridovich因其能催化超氧阴离子的歧化反应，而将其命名为超氧化物歧化酶。 主要作用：专一地去除生物氧化中产生的超氧阴离子自由基。 医药--- 预防或治疗由超氧阴子自由基引起的多种疾病，是一种很有用途的酶。 生物领域---抗病与抗衰老 食品---功能性食品 一、SOD的来源、分布及种类 1、来源与分布 广泛存于生物界的金属酶类，是生物体防御活性氧毒害的关键蛋白质。 Keele等推测，在所有需氧细胞包括最简单的微生物体内，都可能含有。 1973年，Bell等发现厌氧菌硫酸还原菌中有SOD活力，以后在多种专性厌氧菌中都发现其存在，只是活力很低，不易检测。 侯金泉等考察发现蚯蚓、葡萄、大蒜及一些保健饮料中含量丰富。 迄今为止，人们已从细菌、真菌、原生植物、藻类、昆虫、植物、两栖动物和哺乳动物（有氧呼吸生物体内）中分离提纯得SOD。 含量最丰富的是动物的肝脏组织、血液。 含SOD较高的天然植物有大蒜，韭菜、大葱、油菜、柠檬和番茄等也含有。 微生物中SOD含量与该菌的需氧程度和耐氧能力有很大关系，一般菌体耐氧能力强，其SOD含量就高。 真核微生物的SOD含量高于原核生物，好氧微生物显著高于厌氧微生物。 2、分类 根据SOD所含金属辅基的不同，一般可将其分为Cu/ZnSOD、MnSOD、FeSOD三种类型。 Cu/ZnSOD是真核生物酶。主要存在于真核细胞的细胞质和叶绿体的基质中，动物血肝、奶、植物叶、果等均含有。 MnSOD和FeSOD是原核生物酶。 MnSOD主要存在于原核细胞、真核细胞以线粒体基质中 FeSOD主要存在于原核细胞及少数植物中。 二、超氧化物歧化酶的结构、性质、作用机理及其基因的分子生物学 （一）、SOD的结构 1、Cu/ZnSOD 分子结构为二聚体或四聚体，亚基分子结构由β-折叠组成，几乎没有α-结构，分子量为32000-65000。 三维结构由2个基本相似的亚基组成的二聚体，每个亚基的分子量为16KD，150个氨基酸残基，含有一个铜原子和一个锌原子。两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。 2、 MnSOD和FeSOD MnSOD和FeSOD一般为二聚体或四聚体，每个亚基的分子量约为23KD，含0.5-1.0个Fe原子。 它们在空间结构上与Cu/ZnSOD 不同，含有较高程度的α-螺旋， 而β-折叠较少。 （二）、SOD的作用底物和作用机理 皱纹和老年斑是如何产生的？ （三）、SOD的性质 1、基本性质特征 MnSOD和FeSOD性质相似，它们与Cu/ZnSOD在蛋白质一级结构，空间结构，分子量，光谱性质等方面差别较大。 Cu/ZnSOD呈蓝绿色，分子中的铜为二价，紫外、可见特征吸收峰在250nm、680nm。 MnSOD呈紫红色（粉红色），特征吸收峰在280nm、475nm 。 FeSOD呈褐色（黄），特征吸收峰在280nm、350nm 。 2、热稳定性 对热表现出异常的稳定性。 在55℃/15~30分钟，60℃/10~25分钟或65℃/10~15分钟的条件下，酶活性的变化不大。 加热至75℃时，其酶活性几乎不会丧失。 在离子强度非常低时，即使加热至95℃其酶活性丧失亦很小。 牛红细胞中Cu-Zn-SOD的Tm为83℃ 室温下保藏9个月，酶活存留率为60%； 保藏一年为51.2%。 SOD的热稳定性有种族差异， 如大鼠肝中的Mn-SOD不耐热， 但人肝和鸡肝的Mn-SOD却很耐热。 3、pH的影响 天然的Cu-Zn-SOD 在pH3.6时，95%的Zn会脱落， pH6.0，Cu的结合位点要移动， pH12.2时酶的构象会发生变化， 但总的来说，SOD对pH并不敏感，通常pH5.3～9.5范围内对酶活性影响不大 4、对氰化物、H2O2的敏感性 Cu-Zn-SOD活力受KCN、H2O2抑制 Mn-SOD活力不受KCN、 H2O2抑制 Fe-SOD活力不受KCN、受H2O2抑制 临床诊断 肿瘤细胞内的Mn-SOD 要比正常低得多 5、金属辅因子 Cu-Zn-