超氧化物歧化酶

基本簡介

概念

超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）是生物體內(nèi)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(jī)體氧化與抗氧化平衡中起到至關(guān)重要的作用，與很多疾病的發(fā)生、發(fā)展密不可分。

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。

①Cu/Zn-SOD： 呈藍(lán)綠色，主要存在于真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，被認(rèn)為存在于比較原始的生物類群中且分布最廣的一種。

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。

③Fe-SOD：呈黃褐色，主要存在于原核細(xì)胞中 。它們可以有效地清除超氧陰離子自由基（帶有 1 個(gè)未成對(duì)電子的同時(shí)，還帶有 1 個(gè)負(fù)電荷），避免其對(duì)細(xì)胞過度的損傷，具有抗氧化、抗輻射及抗衰老等功能。

分布

①大多數(shù)原始的無脊椎動(dòng)物細(xì)胞中都存在Cu/Zn-SOD，脊椎動(dòng)物則一般含有Cu/Zn-SOD和Mn-SOD。人、鼠、豬、牛等紅細(xì)胞和肝細(xì)胞中含Cu/Zn-SOD，且其主要存在于細(xì)胞質(zhì)，同時(shí)也存在于線粒體內(nèi)外膜之間。而從人和動(dòng)物肝細(xì)胞中也純化了Mn-SOD，其一般存在于線粒體基質(zhì)中。

②植物細(xì)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(shù)真核藻類在其葉綠體基質(zhì)中存在Fe-SOD，類囊體膜上結(jié)合著Mn-SOD，而多數(shù)藻類中不含Cu/Zn-SOD。

結(jié)構(gòu)

①Cu/Zn-SOD ：其活性中心包括一個(gè) Cu 離子和一個(gè) 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(huán)境擁擠，沒有直接裸露在反應(yīng)溶液中，不直接與 超氧陰離子自由基作用，起到穩(wěn)定活性中心周圍環(huán)境的作用。二價(jià)銅離子與其周圍四個(gè)組氨酸上的氮原子以配位鍵結(jié)合，構(gòu)型是一個(gè)畸變的近平面四方形。Zn 的周圍有三個(gè)組氨酸通過氮原子與之配位，其中一個(gè)組氨酸被 Cu 和 Zn 所共用，形成―咪唑橋‖結(jié)構(gòu)。另外，Zn 還同一個(gè)天冬氨酸殘基配位，使 Zn 形成畸面四面體配位構(gòu)型。

②Mn-SOD ：由 203 個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成?；钚灾行臑?Mn(Ⅲ)，配位結(jié)構(gòu)為五配位的三角雙錐，其中一個(gè)軸向配體為水分子，另一軸向位置的配位基為 His-28 蛋白質(zhì)輔基，在赤道平面上是蛋白質(zhì)輔基 His-83，Asp-166 和His-170。酶的活性部位在一個(gè)主要由疏水殘基構(gòu)成的環(huán)境里，兩個(gè)亞基鏈組成一個(gè)通道，構(gòu)成了底物或其它內(nèi)界配體接近 Mn(Ⅲ)離子的必經(jīng)之路。

反應(yīng)機(jī)理

SOD 的催化作用是通過金屬離子 Mn+1 (氧化態(tài))和 Mn (還原態(tài))的交替電子得失實(shí)現(xiàn)的。一般認(rèn)為 超氧陰離子自由基首先與金屬離子形成內(nèi)界配合物，Mn+1被體內(nèi)的 超氧陰離子自由基還原為 Mn ，同時(shí)生成 O2 ，Mn又被 HO2· 氧化為 Mn+1 ，同時(shí)生成 H2O2。而 SOD 又被氧化為初始氧化態(tài)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 。

測(cè)定方法

超氧化物歧化酶活性的主要測(cè)定方法有直接法、鄰苯三酚自氧化法、細(xì)胞色素C還原法、化學(xué)發(fā)光法及熒光動(dòng)力學(xué)法等。近年來又建立了多種新方法，如免疫學(xué)方法、簡易凝膠過濾擴(kuò)散法、極譜氧電極法、微量測(cè)活方法等。

1.直接法 原理是根據(jù)O2.- 或產(chǎn)生O2.- 的物質(zhì)本身的性質(zhì)測(cè)定O2.-的歧化量，從而確定SOD的活性。經(jīng)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(shè)備價(jià)格昂貴，一般較少應(yīng)用。

2.鄰苯三酚自氧化法：原理是基于經(jīng)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(jīng)典為420nm），同時(shí)產(chǎn)生O2.-，SOD催化O2.- 發(fā)生歧化反應(yīng)從而抑制鄰苯三酚的自氧化，樣品對(duì)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(qiáng)，所需樣本量少（僅50μl），操作快速簡單，重復(fù)性好，靈敏度高，試劑簡單等優(yōu)點(diǎn)。

3.細(xì)胞色素C還原法：原理是黃嘌呤-黃嘌呤氧化酶體系中產(chǎn)生的O2.-使一定量的氧化型細(xì)胞色素C還原為還原型細(xì)胞色素C，后者在550nm有最大光吸收。在SOD存在時(shí)，由于一部分O2.-被SOD催化而歧化，O2.-還原細(xì)胞色素C的反應(yīng)速度則相應(yīng)減少，即其反應(yīng)受到抑制。將抑制反應(yīng)的百分?jǐn)?shù)與SOD濃度作圖可得到抑制曲線，由此計(jì)算樣品中SOD活性。本法是間接法中的經(jīng)典方法，但本法靈敏度較低。

4.化學(xué)發(fā)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(fā)生氧化反應(yīng)生成尿酸，同時(shí)產(chǎn)生O2.-。后者可與化學(xué)發(fā)光劑魯米諾反應(yīng)，使其產(chǎn)生激發(fā)。SOD能清除O2.-從而抑制魯米諾的化學(xué)發(fā)光。本法可應(yīng)用于SOD的微量測(cè)定，不僅靈敏度高，簡便易行，而且特異性與準(zhǔn)確性至少與細(xì)胞色素C還原法類似。

5.免疫學(xué)方法：其測(cè)定的是SOD活性，免疫學(xué)方法則可測(cè)定樣品中SOD的質(zhì)量，因此特異性較好，是較理想的測(cè)定SOD方法，免疫法有放射免疫法、化學(xué)發(fā)光免疫分析法、ELISA法等。但其缺陷是只能測(cè)定抗體相應(yīng)的抗原，對(duì)于檢測(cè)不同種類的SOD，則須制備相應(yīng)的特異性抗體，手續(xù)繁瑣。

應(yīng)用領(lǐng)域

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(yǎng)強(qiáng)化劑。

日化工業(yè)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(chǎn)生障礙的后果，體內(nèi)的多余自由基會(huì)引起細(xì)胞損傷以及色素沉著。由于人的皮膚直接與氧氣接觸，會(huì)造成皮膚的老化和損傷。外源 SOD 的補(bǔ)充有利于延緩皮膚衰老、抗氧化、祛色斑的功用。故國內(nèi)外許多化妝品廠家都在自身產(chǎn)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(nèi)大寶 SOD 蜜等。

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(yīng)催化劑，故 SOD 作為醫(yī)藥產(chǎn)品，在治療因自由基作用而導(dǎo)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(guān)節(jié)炎、胸膜炎、急性氣管炎等炎癥類型 。

包括超氧化物自由基在內(nèi)的活性氧在結(jié)腸炎中扮演重要角色，超氧化物歧化酶1（SOD1）可破壞體內(nèi)的超氧化物自由基。Redox Biology上發(fā)表的一項(xiàng)最新研究，發(fā)現(xiàn)SOD1缺失可增強(qiáng)小鼠的氧化應(yīng)激，并破壞腸道上皮屏障、降低抗氧化酶活性、增加促炎癥性免疫細(xì)胞的結(jié)腸浸潤，以惡化DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎。而恢復(fù)SOD活性可抑制p38-MAPK/NF-κB信號(hào)介導(dǎo)的炎癥與凋亡反應(yīng)，從而緩解結(jié)腸炎。

抗腫瘤方面

在人體內(nèi)SOD可有效的通過清除超氧陰離子自由基最終能達(dá)到抑制癌細(xì)胞的效果，Mn-SOD表達(dá)效果更為突出。