五超氧化物歧化酶課件

1、第7章 氧化還原酶（2學(xué)時(shí)，共6學(xué)時(shí)）主要內(nèi)容： 五、超氧化物歧化酶 五 超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，簡稱SOD, EC1.15.1.1）是一類含金屬的酶。超氧化物歧化酶每克分子酶的氨基酸殘基數(shù)在300個(gè)左右，它在生物界分布極廣，廣泛存在于需氧生物、耐氧生物及某些厭氧微生物中。SOD存在于幾乎所有靠有氧呼吸的生物體內(nèi)，從細(xì)菌、真菌、高等植物、高等動(dòng)物直至人體均有存在。含SOD較高的天然植物有大蒜，其他如韭菜、大蔥、油菜、檸檬和番茄等也含有。目前已知的SOD主要分為三類，即Cu-Zn-SOD，Mn-SOD和Fe-SOD。Cu-Zn-SOD主要存在于包括

2、人類在內(nèi)的所有高等真核生物中，在真核細(xì)胞的細(xì)胞漿中分子量約為32000左右，呈蘭綠色。 Mn-SOD在高等生物的線粒體及細(xì)菌中均有發(fā)現(xiàn)，來自原核細(xì)胞的分子量約為48000，來自真核細(xì)胞線粒體的分子量約為30000，呈粉紅色。Fe-SOD只存在于原核細(xì)胞，分子量約在38000左右，呈黃色。三類SOD可能具有不同的進(jìn)化祖先。1催化機(jī)制超氧化物歧化酶的作用機(jī)制：催化超氧陰離子的歧化反應(yīng)。O2+ O2+2HO2+H2 O2根據(jù)衰老的自由基學(xué)說，老化是自由基產(chǎn)生和清除發(fā)生障礙的結(jié)果。在生物體內(nèi)由于作用外界和內(nèi)在的因素，瞬間能產(chǎn)生大量的自由基。在正常情況下，產(chǎn)生和清除處于平衡狀態(tài)。但隨著機(jī)體的衰老，清除內(nèi)

3、能逐漸減弱，這種平衡被打亂，多余的自由基就能通過多種渠道損害機(jī)體。交聯(lián)聚合脂質(zhì)過氧化物蛋白質(zhì)導(dǎo)致膠原堅(jiān)硬、長度縮短、失去膨脹力不溶性蛋白質(zhì)皺紋和老年斑是如何產(chǎn)生的？氧自由基多價(jià)不飽和脂肪酸丙二醛與磷脂酰乙醇胺交聯(lián)氧化酶黃色色素棕褐色色素與蛋白質(zhì)、胺類或脂類結(jié)合超氧化物歧化酶是專一清除氧自由基的清除劑。SOD能清除O2，同時(shí)生成H2O2，H2O2可被過氧化氫酶清除生成H2O 和O2。所以，SOD可清除機(jī)體代謝過程中所產(chǎn)生的過量O2，延緩由于自由基侵害而出現(xiàn)的衰老現(xiàn)象。2理化性質(zhì)當(dāng)SOD受到外界各種因素，如溫度、pH、氰化物、變性劑和電離輻射等的影響，其分子結(jié)構(gòu)和酶活性都會(huì)發(fā)生變化。2.1熱穩(wěn)定性

4、：超氧化物歧化酶是一種金屬蛋白，它對(duì)熱表現(xiàn)出異常的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)證明，超氧化物歧化酶在55/1530分鐘，60/1025分鐘或65/1015分鐘的條件下，酶活性的變化不大。加熱至75時(shí)，其酶活性幾乎不會(huì)喪失。在離子強(qiáng)度非常低時(shí)，即使加熱至95其酶活性喪失亦很小。牛紅細(xì)胞中Cu-Zn-SOD的Tm為83，這是至今為止發(fā)現(xiàn)熱穩(wěn)定性最高的球蛋白之一。室溫下保藏9個(gè)月，酶活存留率為60%；保藏一年為51.2%。SOD的熱穩(wěn)定性有種族差異，如大鼠肝中的Mn-SOD不耐熱，但從人肝和雞肝得到的Mn-SOD卻很耐熱，即使在6570加熱數(shù)分鐘，它的活性也喪失很少。2.2 pH的影響：pH的改變會(huì)引起酶蛋白與金屬

5、輔因子結(jié)合狀態(tài)的改變。實(shí)驗(yàn)表明，天然的Cu-Zn-SOD在pH3.6時(shí)，95%的Zn會(huì)脫落，在pH12.2時(shí)酶的構(gòu)象會(huì)發(fā)生變化，但總的來說，SOD對(duì)pH并不敏感，通常在pH5.39.5范圍內(nèi)對(duì)酶活性影響不大。2.3對(duì)氰化物的敏感性：實(shí)驗(yàn)表明，不同種類的SOD對(duì)氰化物的敏感性是不同的。所有的Cu-Zn-SOD都對(duì)氰化物敏感，相反Mn-SOD卻抗氰化物。SOD的這個(gè)特性已用于臨床診斷。在大多數(shù)情況下，正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞之間在Mn-SOD活性變化上有差異，腫瘤細(xì)胞內(nèi)的SOD要比正常的低得多。因此能否把Mn-SOD的含量變化做為一個(gè)指標(biāo)用于腫瘤診斷這是一項(xiàng)有意義的工作。2.4金屬輔因子Cu-Zn-SO

6、D中Cu與Zn的作用是不同的，Zn僅與酶分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與催化活性無關(guān)，而Cu卻與催化活性有關(guān)。透析去Cu，則酶活性全部喪失，一旦重新加入，活性恢復(fù)。Mn和Fe與Cu一樣分別對(duì)Mn-SOD和Fe-SOD的催化活性具有作用。2.5變性劑和還原劑在SOD的變性劑中，研究最多的是尿素、SDS和EDTA。實(shí)驗(yàn)表明，牛血SOD在含有SDS、EDTA的6M尿素溶液中加熱，活性喪失很快。但在8M尿素溶液中SOD相當(dāng)穩(wěn)定。 還原劑如巰基乙醇主要作用于-SH或二硫鍵，當(dāng)加入巰基乙醇后SOD就會(huì)解聚。這已在人、牛和麥胚中的Cu-Zn-SOD中得到證實(shí)。SOD的解聚會(huì)導(dǎo)致酶活性的降低。2.6電離輻射電離輻射會(huì)產(chǎn)生

7、超氧陰離子，SOD能清除超氧陰離子，所以SOD具有抗輻射作用。實(shí)驗(yàn)表明，SOD通過輻照后，除酶本身活性降低外，它的許多理化性質(zhì)如電子圖譜、紫外吸收、電子核磁共振以及銅、鋅的含量等都會(huì)發(fā)生變化。Mn-SOD和Fe-SOD經(jīng)電離輻射后，金屬輔助因子Mn和Fe會(huì)脫落，從而導(dǎo)致酶活性的喪失。3生理功能3.1 SOD是特殊的氧自由基清除劑隨著年齡的增長，人體免疫力的下降，特別是人在工作、生活中，精神緊張、憂郁、空氣污染、失眠等原因引發(fā)的代謝紊亂等，會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)氧自由基的增加和泛濫。當(dāng)人體防氧化系統(tǒng)不足以與它相抗衡時(shí)，便誘發(fā)各種疾病，并加速了人體衰老。醫(yī)學(xué)研究證明，氧自由基使引發(fā)的疾病有100多種，如心臟病

8、、肺氣腫、氧中毒、動(dòng)脈硬化、中風(fēng)、糖尿病、皮膚病、白內(nèi)障、癌癥等。而超氧化物歧化酶便是氧自由基的天然克星，國內(nèi)外醫(yī)學(xué)界一致公認(rèn)，超氧化物歧化酶是專一清除氧自由基的清除劑。SOD可清除機(jī)體代謝過程中所產(chǎn)生的過量O2，延緩由于自由基侵害而出現(xiàn)的衰老現(xiàn)象，如皮膚衰老和脂褐素沉淀的出現(xiàn)；可提高人體對(duì)那些由于自由基侵害而誘發(fā)的疾病的抵抗力，包括腫瘤、炎癥、肺氣腫、白內(nèi)障和自身免疫疾病等；超氧化物歧化酶還可提高人體對(duì)自由基外界誘發(fā)因子的抵抗力，如煙霧、有毒化學(xué)品和有毒醫(yī)藥品等，增強(qiáng)機(jī)體對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)力，還可減輕腫瘤患者在化療、放療時(shí)的疼痛及嚴(yán)重的副作用，如骨髓損傷和白細(xì)胞減少等；并可消除機(jī)體疲勞，增強(qiáng)對(duì)

9、超負(fù)荷大運(yùn)動(dòng)量的適應(yīng)力。3.2 SOD具有電腦業(yè)的防曬效果 在電離輻射的間接作用下，生物體內(nèi)水分子經(jīng)激發(fā)與電離后產(chǎn)生了包括超氧陰離子（O2）在內(nèi)的氧自由基，而SOD是氧自由基專一清除劑，在照射前供給外源性SOD，可有抗輻射效果。紫外線的光量子能量高于可見光，但X射線或射線的光量子能量又比紫外線高得多。日光致使皮膚變黑，甚至產(chǎn)生炎癥。其主要原因就是氧的自由損害，因此經(jīng)常使用SOD化妝品能有效防止機(jī)體免受電離輻射（尤其紫外線）的損害，SOD有明顯的防曬效果。3.3 SOD有明顯的抗炎效果 活性氧損害是引起炎癥的主要原因，SOD是氧自由基清除劑，故SOD可作為抗炎藥。大量研究表明SOD安全無副反應(yīng)，

10、也很少出現(xiàn)過敏癥狀。歐美國家已于1988年批準(zhǔn)它作為一種臨床治療藥物。已在化妝品、牙膏和功能性食品中得到廣泛應(yīng)用。但有些疾病患者如腎功能衰竭、尿毒癥、精神病及患孤獨(dú)癥的小孩，其血液中SOD濃度比正常人高很多，這種特殊人群不需補(bǔ)充而是要抑制或減少SOD。 4 SOD在食品中的應(yīng)用4.1 SOD可制成口服液、化妝品使用SOD制作口服液試驗(yàn)表明：SOD在小鼠模擬胃酸中37保溫150min，活力仍殘存81%；SOD在T37，作用時(shí)間210min下對(duì)胃蛋白酶和胰酶的降解原，仍殘存82%和84%活力，SOD可透過小腸，即可為小腸吸收。因?yàn)镾OD分子中不含色氨酸，芳香氨酸也很少，能抗胃蛋白酶水解。皺紋是皮膚

11、衰老的標(biāo)志，皺紋的產(chǎn)生是由于自由基脂質(zhì)過氧化反應(yīng)發(fā)生在皮膚上，使真皮的膠原蛋白變性和交聯(lián)，導(dǎo)致膠原堅(jiān)硬，長度縮短，使皮膚失去膨脹力而形成皺紋。并且皮膚在紫外光照射下會(huì)產(chǎn)生超氧自由基，而使皮膚變黑。SOD是超氧自由基的清除劑，經(jīng)常使用添加SOD的化妝品，等于對(duì)機(jī)體不斷補(bǔ)充外源性SOD，能有效的防止或延緩皮膚衰老。經(jīng)臨床試驗(yàn)證明，SOD化妝品具有抗衰老、抗皺、抗炎癥、防曬、去色素沉著、防止老年斑的形成等功效。長期使用可使皮膚富有彈性和光澤，青春常駐。添加SOD的化妝品種類有：化妝水、露、霜、洗面乳、沐浴液、護(hù)發(fā)素等系列化妝品。4.2 SOD作為抗氧化劑可防止氧化酶引起的食品變質(zhì)及哈變等現(xiàn)象。4.3