Супероксиддисмутаза

Супероксиддисмутаза (К.Ф. 1.15.1.1) катализирует превращение супероксидного радикала, который образуется первым из активных форм кислорода при утечке электронов из дыхательной цепи, в пероксид водорода:

2 О₂⁻ + 2 Н⁺ → Н₂О₂ + О₂ (10)

Изоферменты супероксиддисмутазы обнаружены в цитоплазме, в митохондриях клеток, а также во внеклеточном пространстве. Это индуцируемый фермент, количество которого увеличивается при активации перекисного окисления.

Превращение супероксида, катализируемое супероксиддисмутазой, можно разбить на две реакции:

M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ − СОД + O₂⁻ → Mⁿ⁺ − СОД + O₂,

Mⁿ⁺ − СОД + O₂⁻ + 2H⁺ → M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ − СОД + H₂O₂,

где M представляет собой переходный металл, а именно Cu (n=1); Mn (n=2); Fe (n=2); Ni (n=2). В данной реакции окислительное состояние катиона металла изменяется между n и n + 1.

Существует несколько форм супероксиддисмутазы в зависимости от типа переходного металла, играющего роль кофактора активного центра фермента: Cu, Zn-СОД, в которой медь выступает кофактором активного центра, а цинк стабилизирует конформацию, Mn-СОД (с марганцем в активном центре), а также менее распространённые Fe-СОД (с железом) и Ni-СОД (с никелем).

Cu, Zn-СОД − самая распространённая супероксиддисмутаза, обнаруженная в цитозоле практически всех эукариотических клеток, является гомодимером молекулярной массой 32,5 kDа. Cтруктура гомодимера стабилизирована образованием гидрофобных и элект-ростатических связей. Медь и цинк связаны с белковой частью молекулы через гистидиновые остатки.

Митохондрии эукариотических клеток и многие бактерии содержат Mn-СОД, представляющую собой гомотетрамер, содержащий по одному иону марганца на каждую субъединицу, например митохондриальная СОД человека (К.Ф. 1.15.1.1) молекулярной массой 86−88 kDа. Марганец в этом ферменте координирован с белком через три гистидина и аспартат, а также с водой либо гидроксильным лигандом в зависимости от окислительного состояния марганца (Mn²⁺ или Mn³⁺) (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Структура активного центра митохондриальной Mn-супероксиддисмутазы человека (согласно [4])

E. coli и многие другие бактерии содержат формы фермента с железом в активном центре (Fe-СОД). У бактерий Mn-СОД и Fe-СОД представлены как гомодимерными, так и гомотетрамерными формами.

СОД является одним из наиболее термостабильных глобулярных белков: выдерживает нагревание до 80 ^оС, сохраняет свою активность даже в 8 М растворе мочевины.

Супероксиддисмутаза, поддерживая стационарную концентрацию супероксидных радикалов на определенном уровне, защищает тем самым клеточные структуры от повреждающего действия как самих радикалов О₂^•-, так и от появления гидроксильных радикалов, которые могут образовываться из супероксидного радикала.

СОД играет важную роль в процессе старения организмов и при некоторых заболеваниях, таких как гемолитическая анемия, ишемия, ряд нейрологических заболеваний.Существенная роль в развитии воспалительных процессов отводится супероксидным радикалам.

Успешное лечение воспалительных процессов с помощью СОД, например при артритах, позволяет рассматривать этот фермент как альтернативу кортикостероидам.