五超氧化物歧化酶

第7章氧化还原酶（2学时，共6学时）主要内容：五、超氧化物歧化酶五超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶（Superoxidedismutase，简称SOD,EC1.15.1.1）是一类含金属的酶。超氧化物歧化酶每克分子酶的氨基酸残基数在300个左右，它在生物界分布极广，广泛存在于需氧生物、耐氧生物及某些厌氧微生物中。SOD存在于几乎所有靠有氧呼吸的生物体内，从细菌、真菌、高等植物、高等动物直至人体均有存在。含SOD较高的天然植物有大蒜，其他如韭菜、大葱、油菜、柠檬和番茄等也含有。目前已知的SOD主要分为三类，即Cu-Zn-SOD，Mn-SOD和Fe-SOD。Cu-Zn-SOD主要存在于包括人类在内的所有高等真核生物中，在真核细胞的细胞浆中分子量约为32000左右，呈兰绿色。Mn-SOD在高等生物的线粒体及细菌中均有发现，来自原核细胞的分子量约为48000，来自真核细胞线粒体的分子量约为30000，呈粉红色。Fe-SOD只存在于原核细胞，分子量约在38000左右，呈黄色。三类SOD可能具有不同的进化祖先。1催化机制超氧化物歧化酶的作用机制：催化超氧阴离子的歧化反应。O2¯+O2¯+2HO2+H2O2根据衰老的自由基学说，老化是自由基产生和清除发生障碍的结果。在生物体内由于作用外界和内在的因素，瞬间能产生大量的自由基。在正常情况下，产生和清除处于平衡状态。但随着机体的衰老，清除内能逐渐减弱，这种平衡被打乱，多余的自由基就能通过多种渠道损害机体。SOD交联聚合脂质过氧化物蛋白质导致胶原坚硬、长度缩短、失去膨胀力不溶性蛋白质皱纹和老年斑是如何产生的？氧自由基多价不饱和脂肪酸丙二醛与磷脂酰乙醇胺交联氧化酶黄色色素棕褐色色素与蛋白质、胺类或脂类结合超氧化物歧化酶是专一清除氧自由基的清除剂。SOD能清除O2¯，同时生成H2O2，H2O2可被过氧化氢酶清除生成H2O和O2。所以，SOD可清除机体代谢过程中所产生的过量O2¯，延缓由于自由基侵害而出现的衰老现象。2理化性质当SOD受到外界各种因素，如温度、pH、氰化物、变性剂和电离辐射等的影响，其分子结构和酶活性都会发生变化。2.1热稳定性：超氧化物歧化酶是一种金属蛋白，它对热表现出异常的稳定性。实验证明，超氧化物歧化酶在55℃/15~30分钟，60℃/10~25分钟或65℃/10~15分钟的条件下，酶活性的变化不大。加热至75℃时，其酶活性几乎不会丧失。在离子强度非常低时，即使加热至95℃其酶活性丧失亦很小。牛红细胞中Cu-Zn-SOD的Tm为83℃，这是至今为止发现热稳定性最高的球蛋白之一。室温下保藏9个月，酶活存留率为60%；保藏一年为51.2%。SOD的热稳定性有种族差异，如大鼠肝中的Mn-SOD不耐热，但从人肝和鸡肝得到的Mn-SOD却很耐热，即使在65~70℃加热数分钟，它的活性也丧失很少。2.2pH的影响：pH的改变会引起酶蛋白与金属辅因子结合状态的改变。实验表明，天然的Cu-Zn-SOD在pH3.6时，95%的Zn会脱落，在pH6.0时，Cu的结合位点要移动，当pH12.2时酶的构象会发生变化，但总的来说，SOD对pH并不敏感，通常在pH5.3～9.5范围内对酶活性影响不大。2.3对氰化物的敏感性：实验表明，不同种类的SOD对氰化物的敏感性是不同的。所有的Cu-Zn-SOD都对氰化物敏感，相反Mn-SOD却抗氰化物。SOD的这个特性已用于临床诊断。在大多数情况下，正常细胞和肿瘤细胞之间在Mn-SOD活性变化上有差异，肿瘤细胞内的SOD要比正常的低得多。因此能否把Mn-SOD的含量变化做为一个指标用于肿瘤诊断这是一项有意义的工作。2.4金属辅因子Cu-Zn-SOD中Cu与Zn的作用是不同的，Zn仅与酶分子的结构有关，而与催化活性无关，而Cu却与催化活性有关。透析去Cu，则酶活性全部丧失，一旦重新加入，活性恢复。Mn和Fe与Cu一样分别对Mn-SOD和Fe-SOD的催化活性具有作用。2.5变性剂和还原剂在SOD的变性剂中，研究最多的是尿素、SDS和EDTA。实验表明，牛血SOD在含有SDS、EDTA的6M尿素溶液中加热，活性丧失很快。但在8M尿素溶液中SOD相当稳定。还原剂如巯基乙醇主要作用于-SH或二硫键，当加入巯基乙醇后SOD就会解聚。这已在人、牛和麦胚中的Cu-Zn-SOD中得到证实。SOD的解聚会导致酶活性的降低。2.6电离辐射电离辐射会产生超氧阴离子，SOD能清除超氧阴离子，所以SOD具有抗辐射作用。实验表明，SOD通过辐照后，除酶本身活性降低外，它的许多理化性质如电子图谱、紫外吸收、电子核磁共振以及铜、锌的含量等都会发生变化。Mn-SOD和Fe-SOD经电离辐射后，金属辅助因子Mn和Fe会脱落，从而导致酶活性的丧失。3生理功能3.1SOD是特殊的氧自由基清除剂随着年龄的增长，人体免疫力的下降，特别是人在工作、生活中，精神紧张、忧郁、空气污染、失眠等原因引发的代谢紊乱等，会导致体内氧自由基的增加和泛滥。当人体防氧化系统不足以与它相抗衡时，便诱发各种疾病，并加速了人体衰老。医学研究证明，氧自由基使引发的疾病有100多种，如心脏病、肺气肿、氧中毒、动脉硬化、中风、糖尿病、皮肤病、白内障、癌症等。而超氧化物歧化酶便是氧自由基的天然克星，国内外医学界一致公认，超氧化物歧化酶是专一清除氧自由基的清除剂。SOD可清除机体代谢过程中所产生的过量O2¯，延缓由于自由基侵害而出现的衰老现象，如皮肤衰老和脂褐素沉淀的出现；可提高人体对那些由于自由基侵害而诱发的疾病的抵抗力，包括肿瘤、炎症、肺气肿、白内障和自身免疫疾病等；超氧化物歧化酶还可提高人体对自由基外界诱发因子的抵抗力，如烟雾、有毒化学品和有毒医药品等，增强机体对外界环境的适应力，还可减轻肿瘤患者在化疗、放疗时的疼痛及严重的副作用，如骨髓损伤和白细胞减少等；并可消除机体疲劳，增强对超负荷大运动量的适应力。3.2SOD具有电脑业的防晒效果在电离辐射的间接作用下，生物体内水分子经激发与电离后产生了包括超氧阴离子（O2¯）在内的氧自由基，而SOD是氧自由基专一清除剂，在照射前供给外源性SOD，可有抗辐射效果。紫外线的光量子能量高于可见光，但X－射线或γ－射线的光量子能量又比紫外线高得多。日光致使皮肤变黑，甚至产生炎症。其主要原因就是氧的自由损害，因此经常使用SOD化妆品能有效防止机体免受电离辐射（尤其紫外线）的损害，SOD有明显的防晒效果。3.3SOD有明显的抗炎效果活性氧损害是引起炎症的主要原因，SOD是氧自由基清除剂，故SOD可作为抗炎药。大量研究表明SOD安全无副反应，也很少出现过敏症状。欧美国家已于1988年批准它作为一种临床治疗药物。已在化妆品、牙膏和功能性食品中得到广泛应用。但有些疾病患者如肾功能衰竭、尿毒症、精神病及患孤独症的小孩，其血液中SOD浓度比正常人高很多，这种特殊人群不需补充而是要抑制或减少SOD。4SOD在食品中的应用4.1SOD可制成口服液、化妆品使用SOD制作口服液试验表明：SOD在小鼠模拟胃酸中37℃保温150min，活力仍残存81%；SOD在T＝37℃，作用时间210min下对胃蛋白酶和胰酶的降解原，仍残存82%和84%活力，SOD可透过小肠，即可为小肠吸收。因为SOD分子中不含色氨酸，芳香氨酸也很少，能抗胃蛋白酶水解。皱纹是皮肤衰老的标志，皱纹的产生是由于自由基脂质过氧化反应发生在皮肤上，使真皮的胶原蛋白变性和交联，导致胶原坚硬，长度缩短，使皮肤失去膨胀力而形成皱纹。并且皮肤在紫外光照射下会产生超氧自由基，而使皮肤变黑。SOD是超氧自由基的清除剂，经常使用添加SOD的化妆品，等于对机体不断补充外源性SOD，能有效的防止或延缓皮肤衰老。经临床试验证明，SOD化妆品具有抗衰老、抗皱、抗炎症、防晒、去色素沉着、防止老年斑的形成等功效。长期使用可使皮肤富有弹性和光泽，青春常驻。添加SOD的化妆品种类有：化妆水、露、霜、洗面乳、沐浴液、护发素等系列化妆品。4.2SOD作为抗氧化剂可防止氧化酶引起的食品变质及哈变等现象。4.3作为食品营养强化剂可作为抗衰老功能食品的添加剂，如制成强化SOD的牛奶、饮料、口香糖等系列产品。在食品保健业中，目前已渗入超氧化物歧化酶的有蛋黄浆、中老年奶粉、可溶性咖啡、啤酒、SOD口服液等。本节重点：1、脂肪氧合酶作用条件及对食品质量的影响。2、葡萄糖氧化酶对底物氧化形式在食品加工中应用？3、超氧化物岐化酶（SOD）的特性及作用原理。谢谢