ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทส( SOD ) หรือซูเปอร์ออกไซด์ออกซิเดสเป็นกลุ่มของเอนไซม์ที่แพร่หลายในธรรมชาติซึ่งมีหน้าที่หลักในการปกป้องสิ่งมีชีวิตที่ใช้ออกซิเจนจากอนุมูลอิสระจากออกซิเจนโดยเฉพาะอนุมูลแอนไอออนที่เป็นซุปเปอร์ออกไซด์
ปฏิกิริยาที่เอนไซม์เหล่านี้เร่งปฏิกิริยาเกิดขึ้นในเซลล์เกือบทั้งหมดที่สามารถหายใจได้ (แบบแอโรบิค) และจำเป็นต่อการอยู่รอดของพวกมันเนื่องจากจะกำจัดอนุมูลอิสระที่เป็นพิษออกจากออกซิเจนทั้งในยูคาริโอตและโปรคาริโอต
การแสดงกราฟิกของ Cu-Zn Superoxide Dismutase (SOD) (ที่มา: Jawahar Swaminathan และเจ้าหน้าที่ MSD ที่ European Bioinformatics Institute ผ่าน Wikimedia Commons)
โรคหลายชนิดในสัตว์เกี่ยวข้องกับการสะสมของออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยาที่แตกต่างกันและเช่นเดียวกับพืชเนื่องจากสภาพแวดล้อมมีความเครียดจากการออกซิเดชั่นจำนวนมากและคงที่ซึ่งสามารถเอาชนะได้เนื่องจากการทำงานของซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทส
เอนไซม์กลุ่มนี้ถูกค้นพบในปี 1969 โดย McCord และ Fridovich และตั้งแต่นั้นมาก็มีความก้าวหน้ามากมายเกี่ยวกับเอนไซม์เหล่านี้และปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาในสิ่งมีชีวิต
ลักษณะเฉพาะ
ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทสทำปฏิกิริยากับอนุมูลซูเปอร์ออกไซด์ในอัตราที่สูงมากซึ่งแปลว่าเป็นแนวป้องกันที่มีประสิทธิภาพมากสำหรับการกำจัดโมเลกุลเหล่านี้
ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีการอธิบายไอโซฟอร์มอย่างน้อยสามแบบสำหรับซูเปอร์ออกไซด์ดิสมูเทสที่เรียกว่า SOD1, SOD2 และ SOD3 ตามลำดับ
ไอโซฟอร์มสองตัวนี้มีอะตอมของทองแดงและสังกะสีอยู่ในศูนย์เร่งปฏิกิริยาและแตกต่างกันในตำแหน่งของพวกมัน: ภายในเซลล์ (cytosolic, SOD1 หรือ Cu / Zn-SOD) หรือมีองค์ประกอบนอกเซลล์ (EC-SOD หรือ SOD3)
ไอโซฟอร์ม SOD2 หรือ Mn-SOD ซึ่งแตกต่างจากไอโซฟอร์มก่อนหน้านี้มีอะตอมของแมงกานีสเป็นปัจจัยร่วมและตำแหน่งของมันดูเหมือนจะถูก จำกัด ไว้ที่ไมโทคอนเดรียของเซลล์แอโรบิค
ไอโซเอนไซม์ SOD1 ส่วนใหญ่พบในไซโตซอลแม้ว่าจะถูกตรวจพบในช่องนิวเคลียร์และในไลโซโซม ในทางตรงกันข้ามไอโซเอนไซม์ SOD 3 ได้รับการอธิบายไว้ในเลือดของมนุษย์น้ำเหลืองและของเหลวในไขสันหลัง
ไอโซฟอร์มเหล่านี้แต่ละตัวถูกเข้ารหัสโดยยีนที่แตกต่างกัน แต่อยู่ในตระกูลเดียวกันและกฎระเบียบในการถอดเสียงนั้นถูกควบคุมโดยสภาวะภายนอกและภายในเซลล์เป็นหลักซึ่งทำให้เกิดการลดหลั่นของสัญญาณภายในที่แตกต่างกัน
ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเตสอื่น ๆ
ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเตสที่มีไซต์เร่งปฏิกิริยาที่มีทองแดงและสังกะสีหรือแมงกานีสอิออนไม่ได้เป็นลักษณะเฉพาะของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แต่ยังมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ รวมทั้งพืชและแบคทีเรียในชั้นต่างๆ
มีกลุ่มซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเตสเพิ่มเติมซึ่งไม่พบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและเป็นที่จดจำได้ง่ายเนื่องจากในบริเวณที่มีการใช้งานมีธาตุเหล็กแทนที่จะเป็นไอออนทั้งสามชนิดที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้สำหรับคลาสอื่น ๆ ของซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทส
ในอีโคไลซูเปอร์ออกไซด์ดิสมูเทสที่มีธาตุเหล็กเป็นเอนไซม์เพอร์พลาสมิกที่รับผิดชอบในการตรวจจับและกำจัดอนุมูลอิสระออกซิเจนที่เกิดขึ้นระหว่างการหายใจ เอนไซม์นี้คล้ายกับที่พบในไมโทคอนเดรียของยูคาริโอตหลายชนิด
พืชมีเอนไซม์ 3 ชนิด ได้แก่ ธาตุที่มีทองแดงและสังกะสี (Cu / Zn-SOD) พืชที่มีแมงกานีส (Mn-SOD) และที่มีธาตุเหล็ก (Fe-SOD) อยู่ในศูนย์กลางการทำงานและในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ พวกมันทำหน้าที่คล้ายคลึงกับเอนไซม์ที่ไม่ใช่พืชผัก
ปฏิกิริยา
พื้นผิวของซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทสคือแอนไอออนของซุปเปอร์ออกไซด์ซึ่งแสดงเป็น O2- และเป็นสารประกอบระดับกลางในกระบวนการลดออกซิเจน
ปฏิกิริยาที่พวกเขาเร่งปฏิกิริยาสามารถมองได้อย่างกว้าง ๆ ว่าเป็นการเปลี่ยนแปลง (การแยกส่วน) ของอนุมูลอิสระเพื่อสร้างโมเลกุลออกซิเจนและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ซึ่งจะถูกปล่อยออกสู่ตัวกลางหรือใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับเอนไซม์อื่น ๆ ตามลำดับ
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สามารถกำจัดออกจากเซลล์ได้ในภายหลังเนื่องจากการกระทำของเอนไซม์กลูตาไธโอนเปอร์ออกซิเดสและคาตาเลสซึ่งมีหน้าที่สำคัญในการปกป้องเซลล์
โครงสร้าง
ไอโซเอนไซม์ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทสในมนุษย์อาจแตกต่างกันในด้านโครงสร้างบางประการ ตัวอย่างเช่น isozyme SOD1 มีน้ำหนักโมเลกุล 32 kDa ในขณะที่ SOD2 และ SOD3 เป็น homotetramers ที่มีน้ำหนักโมเลกุล 95 และ 135 kDa ตามลำดับ
กลุ่มซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทสอีกกลุ่มคือ Fe-SOD ที่มีอยู่ในพืชและสิ่งมีชีวิตอื่นที่ไม่ใช่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเป็นเอนไซม์ไดเมอริกของหน่วยย่อยที่เหมือนกันนั่นคือพวกมันเป็นโฮโมไดเมอร์
ในพืชบางชนิด Fe-SOD เหล่านี้มีลำดับสัญญาณเทอร์มินัลแบบสมมุติสำหรับการขนส่งเข้าสู่คลอโรพลาสต์และอื่น ๆ มีลำดับ C-terminal tripeptide สำหรับการขนส่งไปยังเปอร์ออกซิโซมดังนั้นจึงสันนิษฐานได้ว่าการกระจายตัวของเซลล์ย่อยคือ จำกัด ไว้ที่ทั้งสองช่อง
โครงสร้างโมเลกุลของเอนไซม์ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทสทั้งสามชนิดนั้นประกอบด้วยแอลฟาเฮลิกส์และแผ่นพับ B
คุณสมบัติ
ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทสช่วยปกป้องเซลล์อวัยวะและเนื้อเยื่อของร่างกายจากความเสียหายที่อนุมูลอิสระของออกซิเจนอาจทำให้เกิดเช่นการเพอรอกซิเดชั่นของไขมันการเปลี่ยนสภาพของโปรตีนและการกลายพันธุ์ของดีเอ็นเอ
ในสัตว์สายพันธุ์ที่มีปฏิกิริยาเหล่านี้อาจทำให้เกิดความเสียหายต่อหัวใจเร่งอายุและมีส่วนร่วมในการพัฒนาของโรคอักเสบ
พืชยังต้องการการทำงานของเอนไซม์ที่จำเป็นของ superoxide dismutase เนื่องจากสภาวะเครียดหลายอย่างในสิ่งแวดล้อมจะเพิ่มความเครียดจากการออกซิเดชั่นนั่นคือความเข้มข้นของสิ่งมีชีวิตที่มีปฏิกิริยาที่เป็นอันตราย
ในมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่น ๆ ไอโซฟอร์มทั้งสามที่อธิบายไว้สำหรับซูเปอร์ออกไซด์ดิสมูเทสมีหน้าที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นไอโซเอนไซม์ SOD2 มีส่วนร่วมในการสร้างความแตกต่างของเซลล์และการสร้างเนื้องอกและยังช่วยป้องกันภาวะ hyperoxia (ความเข้มข้นของออกซิเจนที่สูงขึ้น) ซึ่งเป็นพิษต่อปอด
สำหรับแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคบางชนิดเอนไซม์ SOD ทำหน้าที่เป็น "ปัจจัยก่อให้เกิดความรุนแรง" ที่ช่วยให้พวกมันสามารถเอาชนะอุปสรรคความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่นจำนวนมากที่อาจเผชิญในระหว่างกระบวนการบุกรุก
โรคที่เกี่ยวข้อง
การลดลงของกิจกรรม superoxide dismutase อาจเกิดขึ้นได้จากหลายปัจจัยทั้งภายในและภายนอก บางส่วนเกี่ยวข้องกับข้อบกพร่องทางพันธุกรรมโดยตรงในยีนที่เข้ารหัสเอนไซม์ SOD ในขณะที่บางอย่างอาจเป็นทางอ้อมซึ่งเกี่ยวข้องกับการแสดงออกของโมเลกุลควบคุม
พยาธิสภาพจำนวนมากในมนุษย์เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ SOD รวมถึงโรคอ้วนเบาหวานมะเร็งและอื่น ๆ
ในส่วนที่เกี่ยวกับโรคมะเร็งพบว่ามีเนื้องอกมะเร็งจำนวนมากที่มีระดับซูเปอร์ออกไซด์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในระดับต่ำ (SOD1, SOD2 และ SOD3)
ความเครียดจากการออกซิเดชั่นที่กิจกรรม superoxide dismutase ป้องกันยังเกี่ยวข้องกับโรคร่วมอื่น ๆ เช่นโรคข้อเข่าเสื่อมโรคข้ออักเสบรูมาตอยด์ หลายโรคเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการแสดงออกของปัจจัยที่ยับยั้งการทำงานของ SOD เช่นปัจจัย TNF-α
อ้างอิง
- Fridovich, I. (1973). Superoxide Dismutases Annu รายได้ Biochem , 44, 147-159
- Johnson, F. , & Giulivi, C. (2005). ซูเปอร์ออกไซด์ดิสมิวเทสและผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์ Molecular Aspects of Medicine, 26, 340–352
- Oberley, LW และ Bueftner, GR (1979) บทบาทของ Superoxide Dismutase ในมะเร็ง: บทวิจารณ์. การวิจัยโรคมะเร็ง, 39, 1141-1149
- Taylor, P. , Bowler, C. , Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D. , & Asada, K. (2012). Superoxide Dismutase ในพืช Critical Reviews in Plant Sciences, 13 (3), 37–41.
- Zelko, I. , Mariani, T. , & Folz, R. (2002). Superoxide dismutase Multigene Family: การเปรียบเทียบโครงสร้างยีน CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) และ EC-SOD (SOD3) วิวัฒนาการและนิพจน์ Free Radical Biology & Medicine, 33 (3), 337–349