dismutases superoksida ( SOD ) atau oksidoreduktase superoksida , adalah keluarga enzim di mana-mana di alam, yang berfungsi utama membela organisme aerobik terhadap radikal bebas oksigen, radikal terutama superoksida anion.
Reaksi yang dikatalisis oleh enzim ini terjadi di hampir semua sel yang mampu bernapas (aerobik) dan sangat penting untuk kelangsungan hidup mereka, karena menghilangkan radikal bebas beracun dari oksigen, baik pada eukariota maupun prokariota.
Representasi grafis dari Cu-Zn Superoxide Dismutase (SOD) (Sumber: Jawahar Swaminathan dan staf MSD di European Bioinformatics Institute [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)
Banyak penyakit pada hewan terkait dengan akumulasi spesies oksigen reaktif yang berbeda, dan hal yang sama berlaku untuk tanaman , karena lingkungan memaksakan banyak jenis stres oksidatif yang konstan yang diatasi berkat aktivitas superoksida dismutase.
Kelompok enzim ini ditemukan pada tahun 1969 oleh McCord dan Fridovich dan sejak itu kemajuan besar telah dibuat mengenai enzim-enzim ini dan reaksi yang dikatalisisnya pada makhluk hidup.
Indeks artikel
Karakteristik
Dismutase superoksida bereaksi dengan radikal superoksida pada tingkat yang sangat tinggi, yang diterjemahkan menjadi garis pertahanan yang sangat efektif untuk menghilangkan molekul-molekul ini.
Pada mamalia, setidaknya tiga isoform telah dijelaskan untuk superoksida dismutase yang masing-masing dikenal sebagai SOD1, SOD2, dan SOD3.
Dua dari isoform ini memiliki atom tembaga dan seng di pusat katalitiknya dan berbeda satu sama lain di lokasinya: intraseluler (sitosol, SOD1 atau Cu / Zn-SOD) atau dengan unsur ekstraseluler (EC-SOD atau SOD3).
Isoform SOD2 atau Mn-SOD, tidak seperti dua isoform sebelumnya, memiliki atom mangan sebagai kofaktor dan lokasinya tampaknya terbatas pada mitokondria sel aerobik.
Isoenzim SOD1 ditemukan terutama di sitosol, meskipun mereka juga telah terdeteksi di kompartemen nuklir dan lisosom. Isoenzim SOD 3, sebaliknya, telah dijelaskan dalam plasma darah manusia, getah bening, dan cairan serebrospinal.
Masing-masing isoform ini dikodekan oleh gen yang berbeda, tetapi milik keluarga yang sama, dan regulasi transkripsi mereka pada dasarnya dikendalikan oleh kondisi ekstra dan intraseluler, yang memicu kaskade sinyal internal yang berbeda.
dismutase superoksida lainnya
Dismutase superoksida dengan situs katalitik yang memiliki ion tembaga dan seng atau mangan tidak hanya terdapat pada mamalia, mereka juga terdapat pada organisme lain termasuk tumbuhan dan bakteri dari kelas yang berbeda.
Ada kelompok tambahan dismutase superoksida, yang tidak ditemukan pada mamalia, dan yang mudah dikenali, karena di situs aktifnya mereka mengandung besi, bukan salah satu dari tiga ion yang dijelaskan sebelumnya untuk kelas dismutase superoksida lainnya.
Dalam E. coli , superoksida dismutase yang mengandung besi adalah enzim periplasmik yang juga bertanggung jawab untuk mendeteksi dan menghilangkan radikal bebas oksigen yang dihasilkan selama respirasi. Enzim ini mirip dengan yang ditemukan di mitokondria banyak eukariota.
Tumbuhan memiliki tiga jenis enzim: yang mengandung tembaga dan seng (Cu / Zn-SOD), yang mengandung mangan (Mn-SOD) dan yang mengandung besi (Fe-SOD) di pusat aktifnya dan di organisme ini. mereka mengerahkan fungsi analog dengan enzim non-sayuran.
Reaksi
Substrat dari dismutase superoksida adalah anion superoksida, yang direpresentasikan sebagai O2- dan yang merupakan senyawa antara dalam proses reduksi oksigen.
Reaksi yang dikatalisis dapat secara luas dilihat sebagai transformasi (dismutasi) radikal bebas untuk membentuk molekul oksigen dan hidrogen peroksida, yang dilepaskan ke lingkungan atau digunakan masing-masing sebagai substrat untuk enzim lain.
Hidrogen peroksida selanjutnya dapat dihilangkan dari sel berkat aksi salah satu enzim glutathione peroksidase dan katalase, yang juga memiliki fungsi penting dalam perlindungan sel.
Struktur
Isoenzim superoksida dismutase pada manusia mungkin berbeda satu sama lain dalam aspek struktural tertentu. Misalnya, isoenzim SOD1 memiliki berat molekul 32 kDa , sedangkan SOD2 dan SOD3 adalah homotetramer dengan berat molekul masing-masing 95 dan 135 kDa.
Kelompok lain dismutase superoksida, Fe-SOD yang ada pada tumbuhan dan organisme selain mamalia, adalah enzim dimer dari subunit yang identik, yaitu, mereka adalah homodimer.
Pada beberapa tumbuhan, Fe-SOD ini mengandung urutan sinyal N-terminal diduga untuk transportasi ke kloroplas dan lain-lain mengandung urutan C-terminal tripeptida untuk transportasi ke peroksisom , sehingga dianggap bahwa distribusi subseluler mereka terbatas pada kedua kompartemen.
Struktur molekul dari tiga jenis enzim superoksida dismutase pada dasarnya terdiri dari heliks alfa dan lembaran lipat-B.
Fitur
Dismutase superoksida melindungi sel, organ dan jaringan tubuh dari kerusakan yang dapat disebabkan oleh radikal bebas oksigen seperti peroksidasi lipid, denaturasi protein, dan mutagenesis DNA .
Pada hewan, spesies reaktif ini juga dapat menyebabkan kerusakan jantung, mempercepat penuaan, dan berpartisipasi dalam perkembangan penyakit radang.
Tanaman juga memerlukan aktivitas enzimatik penting dari superoksida dismutase, karena banyak kondisi stres di lingkungan meningkatkan stres oksidatif, yaitu konsentrasi spesies reaktif yang merusak.
Pada manusia dan mamalia lain, tiga isoform yang dijelaskan untuk superoksida dismutase memiliki fungsi yang berbeda. Isoenzim SOD2, misalnya, berpartisipasi dalam diferensiasi sel dan tumorigenesis dan juga dalam perlindungan terhadap toksisitas paru yang diinduksi hiperoksia (konsentrasi oksigen tinggi).
Untuk beberapa spesies bakteri patogen, enzim SOD berfungsi sebagai “faktor virulensi” yang memungkinkan mereka mengatasi banyak hambatan stres oksidatif yang mungkin mereka hadapi selama proses invasi.
Penyakit terkait
Penurunan aktivitas superoksida dismutase dapat terjadi karena beberapa faktor, baik internal maupun eksternal. Beberapa terkait dengan cacat genetik langsung pada gen pengkode untuk enzim SOD, sementara yang lain mungkin tidak langsung, terkait dengan ekspresi molekul pengatur.
Sejumlah besar kondisi patologis pada manusia terkait dengan enzim SOD, termasuk obesitas, diabetes, kanker, dan lainnya.
Sehubungan dengan kanker, telah ditentukan bahwa ada sejumlah besar jenis tumor kanker yang memiliki tingkat rendah dari salah satu dari tiga dismutase superoksida mamalia (SOD1, SOD2, dan SOD3).
Stres oksidatif yang dicegah oleh aktivitas superoksida dismutase, juga terkait dengan patologi sendi lainnya seperti osteoarthritis, rheumatoid arthritis. Banyak dari penyakit ini berkaitan dengan ekspresi faktor yang menghambat aktivitas SOD, seperti faktor TNF-α.
Referensi
- Fridovich, I. (1973). Superoksida Dismutase. annu. Pdt. Biokimia. , 44 , 147-159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Dismutase superoksida dan dampaknya terhadap kesehatan manusia. Aspek Molekuler Kedokteran , 26 , 340–352.
- Oberley, LW, & Bueftner, GR (1979). Peran Superoksida Dismutase dalam Kanker: Sebuah Tinjauan. Penelitian Kanker , 39 , 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoksida Dismutase pada Tumbuhan. Ulasan Kritis dalam Ilmu Tanaman , 13 (3), 37–41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Keluarga Multigen Superoksida dismutase: Perbandingan Struktur Gen, Evolusi, dan Ekspresi CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2), dan EC-SOD (SOD3). Biologi & Kedokteran Radikal Bebas , 33 (3), 337–349.
