SOD酶的结构及应用

1,超氧化物歧化酶（SOD）,枣庄学院王冲,2,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,简称SOD)是广泛存在于生物体内能清除超氧阴离子自由基的一类金属酶。SOD 的发现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O2-歧化活性, 将此酶命名为超氧化物歧化酶。,3,机体在正常情况下，体内产生的超氧阴离子自由基（O2-）与其被清除是平衡的，当（O2-）产生过多而无法及时清除时，就会对机体产生毒害作用，这也是导致衰老的原因之一。而SOD是一种能够清除氧自由基的酶，它能催化氧自由基发生歧化反应。其作用原理为将超氧阴离子自由基歧化为过氧化氢和氧气，再经过氧化氢酶作用转化为水和氧气，从而达到消除超氧阴离子自由基的目的。因而SOD具抗衰老、增加机体对外界环境的适应能力、提高机体对多种疾病的抵抗能力等生理作用。,4,结构,在医学上的应用在食品上的应用在化妆品中的应用在农业中的应用,动物源SOD植物源SOD酶法生产SOD基因重组人源SOD,应用,制备,5,结构与分类,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;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 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。,6,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。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;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。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。,7,应用,在医学上的应用,活力胶囊,8,抗炎骨关节炎 SOD对骨关节炎、类风湿性关节炎和颞颌关节机能障碍均有疗效。口腔疾病 SOD漱口剂可以治疗牙龈炎、牙周炎、口腔溃疡。抗肿瘤SOD与恶性肿瘤的发生、发展及防治有十分密切的联系，抑制SOD或加强SOD作用可作为治疗和预防肿瘤研究的思路和方法治疗眼部疾病机体的损伤和衰老使得眼球晶状中自由基清除剂的含量与活性降低，导致对自由基侵害的抵御能力下降。多种眼科疾病与自由基损伤有关，其中视网膜损伤、外伤性白内障更为严重。,9,免疫学之父 爱德华詹纳,辐射防护SOD制剂在临床上对抗放疗辐射有作用，有助患者按计划结束疗程。放射性皮肤炎是放疗的急性不良反应，SOD对治疗该病积极有效防治心脑血管疾病自由基触发的脂质过氧化反应可能参与了不同类型心血管疾病的形成和发展。提示临床工作者在治疗此类疾病的过程中应用抗氧化剂有重要的意义。防治糖尿病并发症糖尿病患者组织细胞中的自由基异常升高，且自由基清除酶糖化或活性下降、数量减少，使机体的抗氧化能力下降，即氧化应激。它反映了体内氧化因子和抗氧化因子（如SOD、谷胱甘肽等）间的失衡。现认为氧化应激是糖尿病慢性并发症的重要发病机制之一。SOD的表达下调在糖尿病肾病的发病机制中有重要作。血清中缺乏SOD可能是糖尿病肾病的重要致病因素，说明抗氧化治疗可能在该病的防治中占重要地位。,10,SOD 功能饮料保存SOD活性的天然大蒜饮料。大蒜是SOD含量较高的天然植物, 因此直接利用大蒜来生产SOD的功能饮料成为可能。强化SOD牛奶由干牛奶中SOD的含量低于人乳中SOD的水平, 前者每1mL 中含3.2单位(U) , 后者每1mL中含7.1 单位(U) , 因此在牛奶中添加SOD可使牛奶中的SOD水平与人乳相近。目前已上市的SOD强化牛奶和冰淇淋为试产品( 由上海东海乳品公司开发研制) , 批量正式投产还需要解决好关键的工艺操作。保鲜剂与其他抗氧化剂一样,SOD可作为罐头食品、果汁、啤酒等的抗氧化剂,防止过氧化酶引起的食品变质及腐败现象; 还可作为水果、蔬菜等的良好保鲜剂。调味品酱油、鱼露、豆腐乳中均含SOD样活性物质,其具体性质还有待进一步研究。,在食品上的应用,11,在化妆品中的应用,12,SOD 添加于化妆品中可起到4方面的作用:一是：有明显的防晒效果，光照使皮肤变黑的主要原因是氧自由基损害, SOD可有效防止皮肤受电离辐射(特别是紫外线)的损伤,从而起到防晒效果;二是：SOD为抗氧酶,能有效防止皮肤衰老、祛斑、抗皱;三是：有明显的抗炎效果,对防治皮肤病有一定效果;四是:SOD具有一定的防治斑痕形成的作用。SOD在化妆品中妆品应用广泛, SOD也被用于化妆品中,如我国的大宝SOD 蜜,用于防止皮肤衰老,另一些含SOD量高的药物如人参、三七、黄芪等也受到重视。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。,13,近年来，不少学者对SOD与逆境生理的关系进行了广泛的研究。当植物处在干旱、低温、霜冻、高、碱、有毒物质的条件时, 植物体内会产生大量O2- ,从而影响植物的发育和生长。只有当植物体内产生适量SOD 时, 才能消除O2-对机体产生的伤害。加强对这方面的研究，不仅有助于揭示植物的逆境生理机制，而且有可能选育出具有高抗逆性新品种。,在农业上的应用,14,SOD蛋白的制备,动物源SOD动物血来源SOD 不仅含量丰富,成本低,且提取和纯化较方便,作为药用。红细胞膜易破,用常规分离纯化方法可获得高纯度的SOD。植物源SOD植物来源SOD 为Cu，Zn-SOD ,利于人体吸收。因此,从植物中提取的SOD 安全性很高,避免了可能发生的交叉感染,且具有明显的社会和经济效益,市场前景广阔。吉林省昆仑生物科技有限公司长春市昆仑酶制剂厂2001 年研究并开发了玉米提取SOD 的技术。,15,酶法生产SOD由于微生物发酵法生产SOD 不受季节、气候和地域的限制,具有生产周期短、产量高、成本低、能大规模生产等特点,近年来得到了迅速的发展。菌种是发酵生产酶制剂的重要条件,可考虑筛选或选育能在极端条件下如嗜热、耐酸、耐碱、抗压等条件生长的SOD生产菌。必要时还可采取诱导手段,如用52溴尿嘧啶诱导酵母SOD 表达活性效果明显,可以在此基础上继续试验,以筛选酵母SOD 高产菌株。目前开发用于SOD发酵生产的菌种有酵母株Y222 ,SIPI2215y ,ZDF248 ; 嗜热栖热菌A TCC27634 ; 嗜热脂肪芽孢杆菌BS21l215 ; SOD 高产菌株BIT28701等;另外,还有大肠埃希菌、乳酸杆菌等。基因重组人源SOD 生产方法此法提取人SOD 基因,经PCR 扩增,构建人SOD 的cDNA 文库,构建质粒,然后再经质粒转到受体细胞中,在受体细胞中得以大量表达。基因工程生产SOD 具有以下优点: 生产原料不受限制,生产工艺稳定; 生产成本低且表达量高; 基因重组SOD 提取的是人SOD 基因,不存在非人源物质应用于人体所存在的免疫排斥; 基因重组SOD 不存在外源性污染问题。,16,展望,临床应用方面需进