超氧化物歧化酶

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超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)是生物体系中抗氧化酶系的重要组成成员,广泛分布在微生物、植物和动物体内 [1] 
中文名
超氧化物歧化酶
外文名
Superoxide Dismutase
缩    写
SOD

超氧化物歧化酶基本简介

超氧化物歧化酶概念

超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)是生物体内存在的一种抗氧化金属酶,它能够催化超氧阴离子自由基歧化生成氧和过氧化氢,在机体氧化与抗氧化平衡中起到至关重要的作用,与很多疾病的发生、发展密不可分 [2] 

超氧化物歧化酶分类

按照 SOD 中金属辅基的不同,大致可将 SOD 分为三大类,分别为 Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、 Fe-SOD [3] 
①Cu/Zn-SOD: 呈蓝绿色,主要存在于真核细胞的细胞质内,被认为存在于比较原始的生物类群中且分布最广的一种 [3] 
②Mn-SOD:呈粉红色,主要存在于原核生物和真核生物的线粒体中 [3] 
③Fe-SOD:呈黄褐色,主要存在于原核细胞中 。它们可以有效地清除超氧阴离子自由基(带有 1 个未成对电子的同时,还带有 1 个负电荷),避免其对细胞过度的损伤,具有抗氧化、抗辐射及抗衰老等功能 [3] 

超氧化物歧化酶分布

①大多数原始的无脊椎动物细胞中都存在Cu/Zn-SOD,脊椎动物则一般含有Cu/Zn-SOD和Mn-SOD。人、鼠、猪、牛等红细胞和肝细胞中含Cu/Zn-SOD,且其主要存在于细胞质,同时也存在于线粒体内外膜之间。而从人和动物肝细胞中也纯化了Mn-SOD,其一般存在于线粒体基质中。
②植物细胞中的Fe-SOD主要存在于叶绿体中。
③真菌里一般含Mn-SOD和Cu/Zn-SOD。大多数真核藻类在其叶绿体基质中存在Fe-SOD,类囊体膜上结合着Mn-SOD,而多数藻类中不含Cu/Zn-SOD。

超氧化物歧化酶结构

①Cu/Zn-SOD :其活性中心包括一个 Cu 离子和一个 Zn 离子。研究表明,Cu 的存在是 Cu/Zn-SOD 活性所必需的,它直接与超氧阴离子自由基作用,而 Zn 周围环境拥挤,没有直接裸露在反应溶液中,不直接与 超氧阴离子自由基作用,起到稳定活性中心周围环境的作用。二价铜离子与其周围四个组氨酸上的氮原子以配位键结合,构型是一个畸变的近平面四方形。Zn 的周围有三个组氨酸通过氮原子与之配位,其中一个组氨酸被 Cu 和 Zn 所共用,形成―咪唑桥‖结构。另外,Zn 还同一个天冬氨酸残基配位,使 Zn 形成畸面四面体配位构型 [4] 
②Mn-SOD :由 203 个氨基酸残基构成。活性中心为 Mn(Ⅲ),配位结构为五配位的三角双锥, 其中一个轴向配体为水分子,另一轴向位置的配位基为 His-28 蛋白质辅基,在赤道平面上是蛋白质辅基 His-83,Asp-166 和His-170。酶的活性部位在一个主要由疏水残基构成的环境里,两个亚基链组成一个通道,构成了底物或其它内界配体接近 Mn(Ⅲ)离子的必经之路 [5] 

超氧化物歧化酶反应机理

SOD 的催化作用是通过金属离子 Mn+1 (氧化态)和 Mn (还原态)的交替电子得失实现的。一般认为 超氧阴离子自由基首先与金属离子形成内界配合物,Mn+1被体内的 超氧阴离子自由基还原为 Mn ,同时生成 O2 ,Mn又被 HO2· 氧化为 Mn+1 ,同时生成 H2O2 [3]  。而 SOD 又被氧化为初始氧化态的 SOD。最后,H2O2在过氧化氢酶的作用下,被催化分解为水(H2O)和 O2 [1] 

超氧化物歧化酶测定方法

超氧化物歧化酶活性的主要测定方法有直接法、邻苯三酚自氧化法、细胞色素C还原法、化学发光法及荧光动力学法等。近年来又建立了多种新方法,如免疫学方法、简易凝胶过滤扩散法、极谱氧电极法、微量测活方法等 [2] 
1.直接法 原理是根据O2.- 或产生O2.- 的物质本身的性质测定O2.-的歧化量,从而确定SOD的活性。经典的直接法包括:脉冲辐射分解法、电子顺磁共振波法(EPR)、核磁共振法。由于所需的仪器设备价格昂贵,一般较少应用。
2.邻苯三酚自氧化法:原理是基于经典的分光光度法,在碱性条件下,邻苯三酚自氧化成红桔酚,用紫外-可见光谱跟踪波长为325nm、420nm或650nm(经典为420nm),同时产生O2.-,SOD催化O2.- 发生歧化反应从而抑制邻苯三酚的自氧化,样品对邻苯三酚自氧化速率的抑制率,可反映样品中的SOD含量。本法具有特异性强,所需样本量少(仅50μl),操作快速简单,重复性好,灵敏度高,试剂简单等优点。
3.细胞色素C还原法:原理是黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶体系中产生的O2.-使一定量的氧化型细胞色素C还原为还原型细胞色素C,后者在550nm有最大光吸收。在SOD存在时,由于一部分O2.-被SOD催化而歧化,O2.-还原细胞色素C的反应速度则相应减少,即其反应受到抑制。将抑制反应的百分数与SOD浓度作图可得到抑制曲线,由此计算样品中SOD活性。本法是间接法中的经典方法,但本法灵敏度较低。
4.化学发光法:原理是黄嘌呤氧化酶在有氧条件下,催化底物黄嘌呤或次黄嘌呤发生氧化反应生成尿酸,同时产生O2.-。后者可与化学发光剂鲁米诺反应,使其产生激发。SOD能清除O2.-从而抑制鲁米诺的化学发光。本法可应用于SOD的微量测定,不仅灵敏度高,简便易行,而且特异性与准确性至少与细胞色素C还原法类似。
5.免疫学方法:其测定的是SOD活性,免疫学方法则可测定样品中SOD的质量,因此特异性较好,是较理想的测定SOD方法,免疫法有放射免疫法、化学发光免疫分析法、ELISA法等。但其缺陷是只能测定抗体相应的抗原,对于检测不同种类的SOD,则须制备相应的特异性抗体,手续繁琐。

超氧化物歧化酶应用领域

超氧化物歧化酶食品方面

SOD 在蔬菜水果中含量较高,如香蕉、山楂、刺梨、猕猴桃、大蒜等,其他如扇贝、鸡肉等中也有分布。SOD 的活性在果皮中高于果肉,在新鲜水果中高于放置后的水果。并以各种形式被加工成保健品和食品添加剂等作为使用,如添加有 SOD 的牛奶、啤酒、软糖等类型的食品营养强化剂 [6] 

超氧化物歧化酶日化工业方面

皮肤衰老和损伤是人体衰老的重要特征,而人体衰老是由于活性氧类自由基堆积或清除产生障碍的后果,体内的多余自由基会引起细胞损伤以及色素沉着。由于人的皮肤直接与氧气接触,会造成皮肤的老化和损伤。外源 SOD 的补充有利于延缓皮肤衰老、抗氧化、祛色斑的功用。故国内外许多化妆品厂家都在自身产品中加入了一定比例的 SOD。如法国的雅诗兰黛石榴水、日本的 SKII 神仙水,以及国内大宝 SOD 蜜等 [1] 

超氧化物歧化酶抗炎方面

基于 SOD 是作用于超氧阴离子自由基的专一歧化反应催化剂,故 SOD 作为医药产品,在治疗因自由基作用而导致的炎症、自身免疫性、心脑血管疾病等都有着显著疗效。SOD 可利用其抗氧化作用抑制关节炎、胸膜炎、急性气管炎等炎症类型 [7] 

超氧化物歧化酶抗肿瘤方面

在人体内SOD可有效的通过清除超氧阴离子自由基最终能达到抑制癌细胞的效果,Mn-SOD表达效果更为突出 [7] 
参考资料
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科学百科农业科学分类 中国食品科学技术学会 科学 文化 学科 化学品