The 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 dikatalisasi oleh enzim ini terjadi di hampir semua sel yang mampu bernapas (aerobik) dan penting untuk kelangsungan hidupnya, karena enzim ini 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 melalui Wikimedia Commons)
Banyak penyakit pada hewan terkait dengan akumulasi spesies oksigen reaktif yang berbeda, dan hal yang sama berlaku untuk tumbuhan, karena lingkungan membebankan banyak jenis stres oksidatif yang konstan yang dapat diatasi berkat aktivitas superoksida dismutase.
Kelompok enzim ini ditemukan pada tahun 1969 oleh McCord dan Fridovich dan sejak saat itu banyak kemajuan telah dibuat mengenai enzim ini dan reaksi yang mereka kataliskan pada makhluk hidup.
karakteristik
Superoksida dismutase bereaksi dengan radikal superoksida pada kecepatan 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 dalam lokasinya: intraseluler (sitosol, SOD1 atau Cu / Zn-SOD) atau dengan elemen ekstraseluler (EC-SOD atau SOD3).
Isoform SOD2 atau Mn-SOD, tidak seperti dua 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 inti dan di lisosom. Isoenzim SOD 3, di sisi lain, telah dijelaskan dalam plasma darah manusia, getah bening, dan cairan serebrospinal.
Masing-masing isoform ini dikodekan oleh gen yang berbeda, tetapi termasuk dalam keluarga yang sama, dan regulasi transkripsi mereka pada dasarnya dikendalikan oleh kondisi ekstra- dan intraseluler, yang memicu kaskade pensinyalan internal yang berbeda.
Disutase superoksida lainnya
Superoksida dismutase dengan situs katalitik yang memiliki tembaga dan seng atau ion mangan tidak hanya terdapat pada mamalia, mereka juga terdapat pada organisme lain termasuk tumbuhan dan bakteri dari kelas yang berbeda.
Terdapat kelompok tambahan dari superoksida dismutase, yang tidak ditemukan pada mamalia, dan yang mudah dikenali, karena di situs aktif mereka mengandung besi, bukan salah satu dari tiga ion yang dijelaskan sebelumnya untuk kelas-kelas superoksida dismutase 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 menjalankan fungsi analog dengan enzim non-nabati.
Reaksi
Substrat superoksida dismutase adalah anion superoksida, yang direpresentasikan sebagai O2- dan merupakan senyawa antara dalam proses reduksi oksigen.
Reaksi yang mereka kataliskan dapat dilihat secara luas sebagai transformasi (disutasi) radikal bebas untuk membentuk molekul oksigen dan hidrogen peroksida, yang masing-masing dilepaskan ke dalam medium atau digunakan 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 dari superoksida dismutase, Fe-SOD yang ada pada tumbuhan dan organisme selain mamalia, adalah enzim dimer dengan subunit yang identik, yaitu, mereka adalah homodimer.
Di beberapa pabrik, Fe-SOD ini mengandung urutan sinyal terminal-N yang diduga untuk diangkut ke kloroplas dan yang lainnya mengandung urutan tripeptida terminal-C untuk diangkut ke peroksisom, sehingga diasumsikan bahwa distribusi subselularnya adalah terbatas pada kedua kompartemen.
Struktur molekul dari tiga jenis enzim superoksida dismutase pada dasarnya terdiri dari heliks alfa dan lembaran terlipat B.
fitur
Superoksida dismutase melindungi sel, organ, dan jaringan tubuh dari kerusakan yang disebabkan oleh radikal oksigen bebas, 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 inflamasi.
Tumbuhan juga memerlukan aktivitas enzimatis esensial 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 akibat hiperoksia (peningkatan konsentrasi oksigen).
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 yang mengkode 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 kadar rendah dari salah satu dari tiga superoksida dismutase mamalia (SOD1, SOD2, dan SOD3).
Stres oksidatif yang dicegah oleh aktivitas superoksida dismutase, juga terkait dengan patologi sendi lainnya seperti osteoartritis, artritis reumatoid. Banyak dari penyakit ini yang terkait dengan ekspresi faktor penghambat aktivitas SOD, seperti faktor TNF-α.
Referensi
- Fridovich, I. (1973). Superoksida Dismutases. Annu. Pdt. Biochem. , 44, 147-159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Superoksida dismutase dan pengaruhnya terhadap kesehatan manusia. Molecular Aspects of Medicine, 26, 340–352.
- Oberley, LW, & Bueftner, GR (1979). Peran Superoksida Dismutase dalam Kanker: Tinjauan. Penelitian Kanker, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superoksida Dismutase pada Tanaman. Ulasan Kritis dalam Ilmu Tanaman, 13 (3), 37-41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Keluarga Multigen Superoksida dismutase: Perbandingan Struktur Gen CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2), dan EC-SOD (SOD3), Evolusi, dan Ekspresi. Radikal Bebas Biologi & Kedokteran, 33 (3), 337-349.