超氧化物歧化酶

超氧化物歧化酶

超氧化物歧化酶 (SOD) 催化超氧陰離子還原為過氧化氫。它在細胞對抗氧自由基毒性效應的防禦中扮演重要角色。SOD 與一氧化氮 (NO) 競爭超氧陰離子，使 NO 失活形成過氧亞硝酸鹽。因此，透過清除超氧陰離子，SOD 能促進 NO 的活性。SOD 可抑制培養的大鼠卵巢濾泡的細胞凋亡、神經細胞系的神經凋亡，以及轉基因小鼠的細胞凋亡，方法是防止 NO 轉化為過氧硝酸鹽 (peroxynitrate) - 一種細胞凋亡的誘導因子。^8,9,10 研究發現，超氧化物歧化酶與聚乙二醇 (PEG) 共價結合可增加循環半衰期，並提供長時間的保護，使其免受部分還原氧的侵害。

圖 1. 超氧化物歧化酶結構

Enzyme Commission (EC) Number: 1.15.1.1   ( BRENDA | IUBMB ）

超氧化物歧化酶的特性

• 牛的酵素以二聚體含銅鋅蛋白的形式存在，分子量為 2 X 16,300。³
   
• 該 E.大腸桿菌 酵素以二聚體含錳或鐵的糖蛋白形式存在，分子量為 2 x 22,000。^4,5
   
• 人類的酵素是四聚體的銅鋅或含錳糖蛋白，分子量為 2 X 23-28,300。^3,6

超氧化物歧化酶的反應

圖 2. SOD 反應

牛 SOD 的 O_2- Km = 0.35 mM

超氧化物歧化酶酵素分析

超氧化物歧化酶活性是以超氧自由基對 Cytochrome c 還原速率的抑制來測量，在 550 nm 觀察：

Cytochrome c (oxidized) +O_2-. → Cytochrome c (reduced) + O₂

超氧自由基與黃嘌呤氧化酶反應酵素化產生：
黃嘌呤 + O₂ + H₂O    Uric acid + O_2-. + H⁺

SOD 分析步驟

細胞損傷

細胞損傷是由活性氧 (ROS) 誘發的。ROS 是自由基、含有氧原子的活性負離子，或是含有氧原子的分子，這些分子可以產生自由基或被自由基化學活化。例如氫氧自由基、超氧化物、過氧化氫和過亞硝酸鹽。ROS的主要來源是有氧呼吸，雖然ROS也會由脂肪酸的過氧離子體β-氧化、微粒體細胞色素P450代謝異生物化合物、病原體或脂多醣刺激吞噬作用、精氨酸代謝和組織特定酵素所產生。^1,2

在正常情況下，ROS 會在超氧化物歧化酶 (SOD)、過氧化酶或穀胱甘肽 (GSH) 過氧化酶的作用下從細胞中清除。對細胞的主要損害來自於 ROS 誘發的大分子改變，例如膜脂質中的多不飽和脂肪酸、重要蛋白質和 DNA。此外，氧化壓力和 ROS 也與疾病狀態有關，例如阿茲海默症、帕金森氏症、癌症和老化。

圖 3. 超氧化物歧化酶反應

參考資料

1. Fiers W, Beyaert R, Declercq W, Vandenabeele P. 1999. More than one way to die: apoptosis, necrosis and reactive oxygen damage. Oncogene. 18(54):7719-7730. https://doi.org/10.1038/sj.onc.1203249

2. Nicholls DG, Budd SL. 2000. Mitochondria and Neuronal Survival. Physiological Reviews. 80(1):315-360. https://doi.org/10.1152/physrev.2000.80.1.315

3. Keele B, McCord J, Fridovich I. 1971. Further characterization of bovine superoxide dismutase and its isolation from bovine heart. J. Biol. Chem.. 2462875-2880.

4. Cass AEG. 1985. Superoxide Dismutases.121-156. https://doi.org/10.1007/978-1-349-06372-7_4

5. Beyer W, Imlay J, Fridovich I. 1991. SODs: varieties and distributions. X-ray crystallography of Mn-SODs and Fe-SODs, Prog. Nucleic Acid Res.. Mol. Biol.. 40221-253.

6. MATSUDA Y, HIGASHIYAMA S, KIJIMA Y, SUZUKI K, KAWANO K, AKIYAMA M, KAWATA S, TARUI S, DEUTSCH HF, TANIGUCHI N. 1990. Human liver manganese superoxide dismutase. Purification and crystallization, subunit association and sulfhydryl reactivity. Eur J Biochem. 194(3):713-720. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1990.tb19461.x

7. Beckman J, ea. 1988. Superoxide dismutase and catalase conjugated to polyethylene glycol increases endothelial enzyme activity and oxidant resistance. J. Biol. Chem.. 2636884-6892.

8. Tilly JL, Tilly KI. 1995. Inhibitors of oxidative stress mimic the ability of follicle-stimulating hormone to suppress apoptosis in cultured rat ovarian follicles.. Endocrinology. 136(1):242-252. https://doi.org/10.1210/endo.136.1.7828537

9. Keller JN, Kindy MS, Holtsberg FW, St. Clair DK, Yen H, Germeyer A, Steiner SM, Bruce-Keller AJ, Hutchins JB, Mattson MP. 1998. Mitochondrial Manganese Superoxide Dismutase Prevents Neural Apoptosis and Reduces Ischemic Brain Injury: Suppression of Peroxynitrite Production, Lipid Peroxidation, and Mitochondrial Dysfunction. J. Neurosci.. 18(2):687-697. https://doi.org/10.1523/jneurosci.18-02-00687.1998

10. Beckman JS, Beckman TW, Chen J, Marshall PA, Freeman BA. 1990. Apparent hydroxyl radical production by peroxynitrite: implications for endothelial injury from nitric oxide and superoxide.. Proceedings of the National Academy of Sciences. 87(4):1620-1624. https://doi.org/10.1073/pnas.87.4.1620