sod酶的結構及應用

1、1,,超氧化物歧化酶（SOD）,棗莊學院王沖,,,2,超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,簡稱SOD)是廣泛存在于生物體內能清除超氧陰離子自由基的一類金屬酶。SOD 的發(fā)現(xiàn)1938 年, Mann和Keilin 從牛紅細胞中分離提取出一種含Cu的血銅蛋白, 1953 年, Keilin 又從小牛肝、鯨肝分離出肝銅蛋白。1968 年McCord和Fridovich 根據(jù)血銅蛋白、肝銅蛋白、腦銅蛋白皆有O2-歧

2、化活性, 將此酶命名為超氧化物歧化酶。,3,機體在正常情況下，體內產(chǎn)生的超氧陰離子自由基（O2-）與其被清除是平衡的，當（O2-）產(chǎn)生過多而無法及時清除時，就會對機體產(chǎn)生毒害作用，這也是導致衰老的原因之一。而SOD是一種能夠清除氧自由基的酶，它能催化氧自由基發(fā)生歧化反應。其作用原理為將超氧陰離子自由基歧化為過氧化氫和氧氣，再經(jīng)過氧化氫酶作用轉化為水和氧氣，從而達到消除超氧陰離子自由基的目的。因而SOD具抗衰老、增加機體對外界環(huán)境的適應能

3、力、提高機體對多種疾病的抵抗能力等生理作用。,4,,,,結構,在醫(yī)學上的應用在食品上的應用在化妝品中的應用在農業(yè)中的應用,,動物源SOD植物源SOD酶法生產(chǎn)SOD基因重組人源SOD,,應用,制備,5,,結構與分類,SOD廣泛存在于動、植物及微生物中。根據(jù)其結合金屬種類不同,可分為三類:第一類為CuZn- SOD,呈藍綠色, 相對分子量約為32kDa,主要存在于真核細胞細胞漿、葉綠體和過氧化物酶體內;CuZn -

4、 SOD 分子由兩個相同的亞基通過非共價鍵疏水相互作用締合成一個“口袋”狀二聚體, 每個亞基含一個Cu2+和一個Zn2+ , 由半胱氨酸Cys55和Cys144 的巰基構成的二硫鍵對亞基締合起重要作用 Cu2+ 和Zn2+ 對活性中心所起的作用不同,Cu2+ 為CuZn-SOD 活性所必需, 而Zn2+與酶的穩(wěn)定性有關。,6,第二類為 Mn-SOD, 呈紫紅色, 相對分子量約為40kDa ,主要存在于真核細胞線粒體和原核細胞中。Mn-

5、SOD是由203個氨基酸殘基構成的四面體,結構簡單,每個亞基只含一個金屬離子;第三類為 Fe- SOD,呈黃褐色,相對分子量約為38.7kDa,主要存在于原核細胞及一些植物中。Fe- SOD 與Mn- SOD 具有序列相似性, 并且含有相同的特征結構域。其活性中心由3個His、1個Asp 和1個H2O 扭曲配位四面體配位而成。,7,,應用,在醫(yī)學上的應用,活力膠囊,8,抗炎骨關節(jié)炎 SOD對骨關節(jié)炎、類風濕性關節(jié)炎和顳頜關節(jié)

6、機能障礙均有療效。口腔疾病 SOD漱口劑可以治療牙齦炎、牙周炎、口腔潰瘍?？鼓[瘤SOD與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及防治有十分密切的聯(lián)系，抑制SOD或加強SOD作用可作為治療和預防腫瘤研究的思路和方法治療眼部疾病機體的損傷和衰老使得眼球晶狀中自由基清除劑的含量與活性降低，導致對自由基侵害的抵御能力下降。多種眼科疾病與自由基損傷有關，其中視網(wǎng)膜損傷、外傷性白內障更為嚴重。,9,免疫學之父 愛德華·詹納,輻射防護SO

7、D制劑在臨床上對抗放療輻射有作用，有助患者按計劃結束療程。放射性皮膚炎是放療的急性不良反應，SOD對治療該病積極有效防治心腦血管疾病自由基觸發(fā)的脂質過氧化反應可能參與了不同類型心血管疾病的形成和發(fā)展。提示臨床工作者在治療此類疾病的過程中應用抗氧化劑有重要的意義。防治糖尿病并發(fā)癥糖尿病患者組織細胞中的自由基異常升高，且自由基清除酶糖化或活性下降、數(shù)量減少，使機體的抗氧化能力下降，即氧化應激。它反映了體內氧化因子和抗氧化因子（如SO

8、D、谷胱甘肽等）間的失衡?，F(xiàn)認為氧化應激是糖尿病慢性并發(fā)癥的重要發(fā)病機制之一。SOD的表達下調在糖尿病腎病的發(fā)病機制中有重要作。血清中缺乏SOD可能是糖尿病腎病的重要致病因素，說明抗氧化治療可能在該病的防治中占重要地位。,10,SOD 功能飲料保存SOD活性的天然大蒜飲料。大蒜是SOD含量較高的天然植物, 因此直接利用大蒜來生產(chǎn)SOD的功能飲料成為可能。強化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

9、含3.2單位(U) , 后者每1mL中含7.1 單位(U) , 因此在牛奶中添加SOD可使牛奶中的SOD水平與人乳相近。目前已上市的SOD強化牛奶和冰淇淋為試產(chǎn)品( 由上海東海乳品公司開發(fā)研制) , 批量正式投產(chǎn)還需要解決好關鍵的工藝操作。保鮮劑與其他抗氧化劑一樣,SOD可作為罐頭食品、果汁、啤酒等的抗氧化劑,防止過氧化酶引起的食品變質及腐敗現(xiàn)象; 還可作為水果、蔬菜等的良好保鮮劑。調味品醬油、魚露、豆腐乳中均含SOD樣活性物質

10、,其具體性質還有待進一步研究。,在食品上的應用,,,,,11,在化妝品中的應用,12,SOD 添加于化妝品中可起到4方面的作用:一是：有明顯的防曬效果，光照使皮膚變黑的主要原因是氧自由基損害, SOD可有效防止皮膚受電離輻射(特別是紫外線)的損傷,從而起到防曬效果;二是：SOD為抗氧酶,能有效防止皮膚衰老、祛斑、抗皺;三是：有明顯的抗炎效果,對防治皮膚病有一定效果;四是:SOD具有一定的防治斑痕形成的作用。SOD在化妝品中妝品

11、應用廣泛, SOD也被用于化妝品中,如我國的大寶SOD 蜜,用于防止皮膚衰老,另一些含SOD量高的藥物如人參、三七、黃芪等也受到重視。由于SOD具有抗衰老作用, 它已被廣泛應用于化妝品中, 對于治療皺紋、雀斑、粉刺、色素沉著等具有明顯作用。因此, 含有SOD的化妝品倍受女性青睞。,13,近年來，不少學者對SOD與逆境生理的關系進行了廣泛的研究。當植物處在干旱、低溫、霜凍、高、堿、有毒物質的條件時, 植物體內會產(chǎn)生大量O2- ,從而影響

12、植物的發(fā)育和生長。只有當植物體內產(chǎn)生適量SOD 時, 才能消除O2-對機體產(chǎn)生的傷害。加強對這方面的研究，不僅有助于揭示植物的逆境生理機制，而且有可能選育出具有高抗逆性新品種。,在農業(yè)上的應用,14,SOD蛋白的制備,動物源SOD動物血來源SOD 不僅含量豐富,成本低,且提取和純化較方便,作為藥用。紅細胞膜易破,用常規(guī)分離純化方法可獲得高純度的SOD。植物源SOD植物來源SOD 為Cu，Zn-SOD ,利于人體吸收。因此,從植物中

13、提取的SOD 安全性很高,避免了可能發(fā)生的交叉感染,且具有明顯的社會和經(jīng)濟效益,市場前景廣闊。吉林省昆侖生物科技有限公司長春市昆侖酶制劑廠2001 年研究并開發(fā)了玉米提取SOD 的技術。,,15,酶法生產(chǎn)SOD由于微生物發(fā)酵法生產(chǎn)SOD 不受季節(jié)、氣候和地域的限制,具有生產(chǎn)周期短、產(chǎn)量高、成本低、能大規(guī)模生產(chǎn)等特點,近年來得到了迅速的發(fā)展。菌種是發(fā)酵生產(chǎn)酶制劑的重要條件,可考慮篩選或選育能在極端條件下如嗜熱、耐酸、耐堿、抗壓等條件生

14、長的SOD生產(chǎn)菌。必要時還可采取誘導手段,如用52溴尿嘧啶誘導酵母SOD 表達活性效果明顯,可以在此基礎上繼續(xù)試驗,以篩選酵母SOD 高產(chǎn)菌株。目前開發(fā)用于SOD發(fā)酵生產(chǎn)的菌種有酵母株Y222 ,SIPI2215y ,ZDF248 ; 嗜熱棲熱菌A TCC27634 ; 嗜熱脂肪芽孢桿菌BS21l215 ; SOD 高產(chǎn)菌株BIT28701等;另外,還有大腸埃希菌、乳酸桿菌等?；蛑亟M人源SOD 生產(chǎn)方法此法提取人SOD 基因,經(jīng)

15、PCR 擴增,構建人SOD 的cDNA 文庫,構建質粒,然后再經(jīng)質粒轉到受體細胞中,在受體細胞中得以大量表達?；蚬こ躺a(chǎn)SOD 具有以下優(yōu)點: ①生產(chǎn)原料不受限制,生產(chǎn)工藝穩(wěn)定; ②生產(chǎn)成本低且表達量高; ③基因重組SOD 提取的是人SOD 基因,不存在非人源物質應用于人體所存在的免疫排斥; ④基因重組SOD 不存在外源性污染問題。,16,展望,①臨床應用方面需進一步闡明SOD 在體內的抗氧化過程,延長SOD 在體內的半衰期,減少其對