sod酶的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

1、1,,超氧化物歧化酶（SOD）,棗莊學(xué)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(nèi)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(xì)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(jī)體在正常情況下，體內(nèi)產(chǎn)生的超氧陰離子自由基（O2-）與其被清除是平衡的，當(dāng)（O2-）產(chǎn)生過多而無法及時清除時，就會對機(jī)體產(chǎn)生毒害作用，這也是導(dǎo)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(yīng)。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(zhuǎn)化為水和氧氣，從而達(dá)到消除超氧陰離子自由基的目的。因而SOD具抗衰老、增加機(jī)體對外界環(huán)境的適應(yīng)能

3、力、提高機(jī)體對多種疾病的抵抗能力等生理作用。,4,,,,結(jié)構(gòu),在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用在食品上的應(yīng)用在化妝品中的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,,動物源SOD植物源SOD酶法生產(chǎn)SOD基因重組人源SOD,,應(yīng)用,制備,5,,結(jié)構(gòu)與分類,SOD廣泛存在于動、植物及微生物中。根據(jù)其結(jié)合金屬種類不同,可分為三類:第一類為CuZn- SOD,呈藍(lán)綠色, 相對分子量約為32kDa,主要存在于真核細(xì)胞細(xì)胞漿、葉綠體和過氧化物酶體內(nèi);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(gòu)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(guān)。,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(xì)胞線粒體和原核細(xì)胞中。Mn-

5、SOD是由203個氨基酸殘基構(gòu)成的四面體,結(jié)構(gòu)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(xì)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(jié)構(gòu)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(yīng)用,在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,活力膠囊,8,抗炎骨關(guān)節(jié)炎 SOD對骨關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和顳頜關(guān)節(jié)

6、機(jī)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。抗腫瘤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(qiáng)SOD作用可作為治療和預(yù)防腫瘤研究的思路和方法治療眼部疾病機(jī)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(dǎo)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(guān)，其中視網(wǎng)膜損傷、外傷性白內(nèi)障更為嚴(yán)重。,9,免疫學(xué)之父 愛德華·詹納,輻射防護(hù)SO

7、D制劑在臨床上對抗放療輻射有作用，有助患者按計(jì)劃結(jié)束療程。放射性皮膚炎是放療的急性不良反應(yīng)，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(zhì)過氧化反應(yīng)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(yīng)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(xì)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(jī)體的抗氧化能力下降，即氧化應(yīng)激。它反映了體內(nèi)氧化因子和抗氧化因子（如SO

8、D、谷胱甘肽等）間的失衡。現(xiàn)認(rèn)為氧化應(yīng)激是糖尿病慢性并發(fā)癥的重要發(fā)病機(jī)制之一。SOD的表達(dá)下調(diào)在糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(guān)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(zhì)及腐敗現(xiàn)象; 還可作為水果、蔬菜等的良好保鮮劑。調(diào)味品醬油、魚露、豆腐乳中均含SOD樣活性物質(zhì)

10、,其具體性質(zhì)還有待進(jìn)一步研究。,在食品上的應(yīng)用,,,,,11,在化妝品中的應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(xué)者對SOD與逆境生理的關(guān)系進(jìn)行了廣泛的研究。當(dāng)植物處在干旱、低溫、霜凍、高、堿、有毒物質(zhì)的條件時, 植物體內(nèi)會產(chǎn)生大量O2- ,從而影響

12、植物的發(fā)育和生長。只有當(dāng)植物體內(nèi)產(chǎn)生適量SOD 時, 才能消除O2-對機(jī)體產(chǎn)生的傷害。加強(qiáng)對這方面的研究，不僅有助于揭示植物的逆境生理機(jī)制，而且有可能選育出具有高抗逆性新品種。,在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)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(xì)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(jì)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(shù)。,,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(diǎn),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(dǎo)手段,如用52溴尿嘧啶誘導(dǎo)酵母SOD 表達(dá)活性效果明顯,可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)試驗(yàn),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(kuò)增,構(gòu)建人SOD 的cDNA 文庫,構(gòu)建質(zhì)粒,然后再經(jīng)質(zhì)粒轉(zhuǎn)到受體細(xì)胞中,在受體細(xì)胞中得以大量表達(dá)。基因工程生產(chǎn)SOD 具有以下優(yōu)點(diǎn): 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(dá)量高; ③基因重組SOD 提取的是人SOD 基因,不存在非人源物質(zhì)應(yīng)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(yīng)用方面需進(jìn)一步闡明SOD 在體內(nèi)的抗氧化過程,延長SOD 在體內(nèi)的半衰期,減少其對