超氧化物歧化酶(SOD)是一类广泛存在于生物体内的金属酶 , 可催化超氧离子(O·2)歧化为H2O2 ,而使体内的超氧离子维持在一定的水平。机体内过量超氧离子的存在与许多疾病的形成和发生有必然的联系 。SOD 可以专一地清除生物体内在利用氧的过程中产生的超氧离子 ,因此在临床上用于抗癌 、抗炎、抗衰老及治疗自身免疫性疾病和心肌缺血与缺血再灌注综合征等疾病。
根据 SOD 中心金属原子的不同可将其分为:CuZnSOD、M nSOD 、FeSOD 、NiSOD 和 FeZnSOD等几种, 一般前 3 种较为常见 。M nSOD 主要存在于真核细胞、原核细胞及线粒体的基质中, 它作为一种重要的抗氧化剂在机体防御疾病的过程中起着重要的作用 。
迄今发现的 M nSOD 大约有 30 多种 ,已完成氨基酸序列全分析的M nSOD 有近10 种 。 锰是人体必须的微量元素 ,主要存在于人的生命活动中心——脑垂体中 ,也是一些金属酶的组成部分 ,参与多种酶的合成与激活 ,参与中枢神经激素的传递 ,参与促进细胞内脂肪的氧化 ,减少肝脏内脂肪含量 ,激活多糖聚合酶 ,加快蛋白质、维生素 C、维生素 B的合成 ,催化造血功能。 刺激抗毒素生成 ,调节内分泌系统 ,提高免疫机能。
锰对脂质代谢、硫酸软骨素的合成起着重要的作用 ,与结缔组织韧性及硬度和粘多糖合成、钙磷代谢密切相关 ,是维持正常骨结构、生殖中枢系统机能的必须元素。 锰还参与遗传信息的传递及甲状腺的分泌。锰作为某些代谢酶的组成部分或酶的激活剂 ,参与许多生化反应。在一定剂量下可刺激免疫细胞的增殖 ,增强细胞免疫功能。它还能增加产生干扰素、*伤杀**细胞和自然*伤杀**细胞活性的能力 ,具有吞噬、杀菌、抑菌和溶瘤作用 ,在抗肿瘤、抗病毒感染、移植排斥反应以及自身免疫疾病起着重要作用。锰还是正常抗体和胸腺素产生的必要条件 ,并对生物免疫功能的持续发挥促进作用。
线粒体是细胞内能量产生和有氧代谢的重要场所, 在细胞正常的生命活动中会产生大量的超氧阴离子, 是自由基产生的场所, 而要防止自由基对线粒体的损伤, M n-SOD占有非常重要的地位。因此, M n-SOD受到越来越多的关注。
M n-SOD的结构在人类、酵母、大肠杆菌等不同的生物之间, 存在高度保守的蛋白编码序列, 有 40% 以上的相似性, 由 200个左右氨基酸残基构成的二或四聚体。原核生物生产的是二聚体, 真核生物是四聚体, 但在蛋白序列上 M n-SOD 和Cu /Zn-SOD相似性较低 162。M n-SOD的结构都包含有保守的与金属离子结合的 3个组氨酸残基及 1个天冬氨酸残基,以及 1个水分子, 具有/ DVWEHAYY0保守结构 14, 6, 72。
M n-SOD中 Mn离子是三价锰 ( Mn3+ ), 处于角双锥配位环境中,其中一轴向配位为水分子, 另一轴向被蛋白质辅基的配位H is28占据, 另 个配基 H is-83、H is-170和 Asp-166位于赤道平面 14, 6, 72。每个 Mn-SOD 分子可以分成两个不同的结构域,含有 3. -N 末端的螺旋发夹结构和 C 末端的由 3条反向平行的多肽链和 5个螺旋的 a/b结构, 金属结合位点就在这两个结构域之间 17, 92。M n-SOD的二级结构主要是 A螺旋和无规卷曲, 无 B折叠结构, 整个结构比较紧凑。
M n-SOD 属于金属酶。锰位于其活性中心, 其催化活性与是否含有金属离子与金属离子的电荷数有关, 在某种程度上取决于其金属辅基, 因此在一定条件下, 除去其含有的金属离子, 或者改变其金属离子所带的电荷数, 其酶活性会相应地降低。
Mn-SOD分子结构
Mn-SOD的应用
研究表明，SOD可治疗多种炎症、自身免疫性疾病、防止缺血-再灌流损伤,具有抗衰老、白内障初期、阴茎海绵体硬结疼痛、辐射病及防止皮肤色素沉着等作用，SOD也可作为饮料、保健品、化妆品、食品等的添加剂。
Bravard等观察到Mn-SOD基因表达量伴随细胞的癌变过程呈正相关下降的普遍现象。可见，Mn-SOD在原核生物中扮演着非常重要的作用。Mn-SOD最有应用前景的功能是可以有效抑制肿瘤生长。越来越多的实验表明 Mn SOD基因可能是一种非特异性的肿瘤抑制基因,在抑制肿瘤。的发生发展中起非常重要的作用。MnSOD已逐渐被公认为是一种新型肿瘤抑制因子,很可能在不久的将来应用于恶性肿瘤的治疗。
Mn-SOD是一种新型抗炎症药物,尤其对治疗关节炎和类风湿关节炎有明显疗效。Lundoleson用SOD治疗了一些患有关节炎退变症的病人.Puhl等用 SOD进行关节注射治疗关节炎.均取得了令人满意的效果。
作为 SOD 药用酶应用于临床需具备以下条件:1)较高的化学和代谢稳定性;2)生理条件下具有较高的 SOD 活性 ;3)细胞渗透性好 ;4)合理的生物利用度 ;5)毒性小。
此外，SOD已经在保健品、化妆品和食品方面得到应用，在保护皮肤、抵抗衰老和许多营养添加剂方面发挥作用，取得了很好的社会效益和经济效益。体外试验证明,SOD作为药用酶,具有很好的清除超氧化阴离子的活性,有广阔的应用前景,预计将在医疗、预防保健、食品、美容等方面发挥极大地作用，引起了国内外医药界和生物界的极大关注。