牛红细胞超氧化物歧化酶的研究进展

牛红细胞超氧化物歧化酶的研究进展

生物内低浓度超氧自由基（o-2）需要维持生命活动。如果浓度过高，可能会导致体内组织细胞氧化损伤、疾病或死亡。超氧化物歧化酶(Superoxidedismutase,简称SOD)是清除生物体内超氧阴离子自由基的一种重要抗氧化酶,具有抗衰老、抗癌、防白内障等作用,因而受到全世界学术界广泛关注,使之成为涉及分子生物学、微生物学、医学等学科领域及医药、化工、食品等生产行业的一个热门研究课题。1cu和kieliin的分离1938年,Mann和Keilin从牛红细胞中分离提取出一种含Cu的血铜蛋白,1953年Keilin又从小牛肝、鲸肝分离出肝铜蛋白。1968年McCord和Fridovich根据血铜蛋白、肝铜蛋白、脑铜蛋白皆有O-2歧化活性,将此酶命名为超氧化物歧化酶。2mda的形态SOD广泛存在于动、植物及微生物中。根据其结合金属种类不同,可分为三类:第一类为CuZn-SOD,呈蓝绿色,相对分子量约为32kDa,主要存在于真核细胞细胞浆、叶绿体和过氧化物酶体内;第二类为Mn-SOD,呈紫红色,相对分子量约为40kDa,主要存在于真核细胞线粒体和原核细胞中;第三类为Fe-SOD,呈黄褐色,相对分子量约为38.7kDa,主要存在于原核细胞及一些植物中。3sod结构和压力管理系统3.1酶的活性中心结构CuZn-SOD分子由两个相同的亚基通过非共价键疏水相互作用缔合成一个“口袋”状二聚体,每个亚基含一个Cu2+和一个Zn2+,由半胱氨酸Cys55和Cys144的巯基构成的二硫键对亚基缔合起重要作用。位于“口袋”底部的Cu2+与四个组氨酸残基(His-44,-46,-61,-118)和一个H2O配位,形成一个畸变的四方锥结构,构成该酶的活性中心。而Zn2+则与三个组氨酸残基(His-61,-69,-78)的咪唑氮和一个天冬门氨酸残基(Asp-81)的羧基氧原子配位,形成扭曲的四面体结构。Cu2+和Zn2+之间通过共同连接的组氨酸His61形成“咪唑桥”结构。位于活性中心的组氨酸直接影响酶的活性,在“口袋”边与Cu2+相距6的位置,有一个带正电荷的精氨酸残基Arg143,它能够吸引O-2进入口袋,并诱导O-2进入活性中心,为催化反应提供质子,加快反应进行。实验证明,Cu2+和Zn2+对活性中心所起的作用不同,Cu2+为CuZn-SOD活性所必需,而Zn2+与酶的稳定性有关。3.2od中的保守不同来源的Mn-SOD一级结构同一性很高,并且参与形成活性中心及与金属连接的氨基酸在所有Mn-SOD中都是保守的。Mn-SOD是由203个氨基酸残基构成的四面体,结构简单,每个亚基只含一个金属离子,Mn(Ⅲ)处于三角双锥配位环境中,其中一轴向配体为水分子,另一轴向配体为蛋白质辅基的配位基His-28,另三个来自蛋白质辅基的配基His-83、His-170和Asp-166位于赤道平面。3.3特征结构域相似性Fe-SOD与Mn-SOD具有序列相似性,并且含有相同的特征结构域。其活性中心由3个His、1个Asp和1个H2O扭曲配位四面体配位而成。3.4抗氧化酶系统超氧阴离子(O2-)是生物体内主要的自由基,很多情况下O2-对机体是有害的,它也是导致衰老的原因之一。而SOD是一类重要的清除氧自由基的抗氧化酶,它能催化O2-使其发生歧化反应,生成O2和H2O2;H2O2又在过氧化氢酶(CAT)的作用下,生成无毒的H2O和O2,从而起到抗衰老作用。医学界普遍认为,SOD发挥作用时,首先是金属离子与O2-形成内界络合物,再发生后续反应。因此,SOD的催化作用是通过其所含金属的氧化和还原过程的电子得失来实现。4sod的研究超氧化物歧化酶是生物体防御氧化损伤重要的生物酶。近些年,国内外学者除对动物SOD进行研究外,还对植物SOD和微生物SOD进行了研究。4.1微生物发酵生产sod的研究近几十年,SOD一直是国内外学者研究的热点。但他们的研究大多集中于从动物血液或脏器中提取SOD,易受原料来源、产品得率、稳定性及安全性等方面的限制。微生物具有原料便宜易得,可大规模生产的优势,因而,近些年很多学者都致力于用微生物发酵生产SOD的研究。上世纪80年代后,美国和日本已先后开发了用发酵法生产SOD,大大降低了生产成本。目前,国内外在微生物SOD的菌种选育、发酵工艺、分离提纯、生理学研究、基因克隆表达及SOD应用方面都取得一定的研究进展。4.2环境胁迫对植物sod基因表达的影响植物细胞在正常代谢活动和逆境条件下均能产生活性氧。近年来,国内外的专家学者主要研究了SOD与植物抗逆性的关系。研究表明,在逆境条件下,植物的抗性与植物体内能否维持较高的SOD活性水平有关。环境胁迫能诱导植物SOD基因的表达。当前,不同类型的SOD基因已被转化到多种植物中,有实验结果表明,SOD在转基因植物中的过量表达可以不同程度地提高植物对环境胁迫的抵抗能力。因此,可利用基因工程方法来获得抗逆植株。4.3动物sod的研究目前,SOD作为O2-特异清除剂,已被广泛应用于医药、食品及化妆品行业当中。4.3.1修饰酶活性的提高SOD由于半衰期短、分子量大、易失活等缺点,不利于临床使用,而基因工程手段对SOD分子进行化学修饰则成为近些年的研究热点。实验表明,修饰酶不仅完全保留了天然酶的活性,在耐热、耐酸碱度、抵抗蛋白酶水解以及稳定性方面也明显优于天然酶,大大延长了它在体内停留的时间。当前已有多种药用SOD应用于临床中,主要集中于抗炎症、抗衰老、抗辐射、抗肿瘤和自身免疫系统疾病等与活性氧损伤有密切关系的病症中。4.3.2功能性基料SOD应用于食品工业中,主要是作为食品添加剂和重要的功能性基料。目前,已开发的产品有以大蒜为原料生产的大蒜粉、大蒜油,以猕猴桃为原料生产的猕猴桃汁以及添加SOD的牛奶、咖啡、酸奶、啤酒等保健食品。4.3.3治疗化妆品误差由于SOD具有抗衰老作用,它已被广泛应用于化妆品中,对于治疗皱纹、雀斑、粉刺、色素沉着等具有明显作用。因此,含有SOD的化妆品倍受女性青睐。5在食品中的应用目前,SOD作为药用酶用于临床已有深入研究,但由于其制备纯化