SUPEROSSIDO DISMUTASI: CARATTERISTICHE, STRUTTURA, FUNZIONI - BIOLOGIA - 2025

Le superossido dismutasi ( SOD ) o superossido ossidoreduttasi , sono una famiglia di enzimi ubiquitari in natura, la cui funzione principale è quella di difendere gli organismi aerobici dai radicali liberi dell'ossigeno, in particolare dai radicali anionici superossido.

La reazione che questi enzimi catalizzano si verifica praticamente in tutte le cellule in grado di respirare (aerobica) ed è essenziale per la loro sopravvivenza, poiché rimuove i radicali liberi tossici dall'ossigeno, sia negli eucarioti che nei procarioti.

Rappresentazione grafica di una Cu-Zn Superoxide Dismutase (SOD) (Fonte: Jawahar Swaminathan e personale MSD presso l'European Bioinformatics Institute tramite Wikimedia Commons)

Molte malattie negli animali sono legate all'accumulo di diverse specie reattive dell'ossigeno, e lo stesso vale per le piante, poiché l'ambiente impone numerosi e costanti tipi di stress ossidativo che vengono superati grazie all'attività delle superossido dismutasi.

Questo gruppo di enzimi è stato scoperto nel 1969 da McCord e Fridovich e da allora sono stati compiuti notevoli progressi riguardo a questi enzimi e alle reazioni che catalizzano negli esseri viventi.

caratteristiche

Le superossido dismutasi reagiscono con i radicali superossido a velocità molto elevate, il che si traduce in una linea di difesa molto efficace per la rimozione di queste molecole.

Nei mammiferi, sono state descritte almeno tre isoforme per il superossido dismutasi noto come SOD1, SOD2 e SOD3, rispettivamente.

Due di queste isoforme hanno atomi di rame e zinco nei loro centri catalitici e differiscono l'una dall'altra nella loro posizione: intracellulare (citosolica, SOD1 o Cu / Zn-SOD) o con elementi extracellulari (EC-SOD o SOD3).

L'isoforma SOD2 o Mn-SOD, a differenza delle due precedenti, ha un atomo di manganese come cofattore e la sua posizione sembra essere limitata ai mitocondri delle cellule aerobiche.

Gli isoenzimi SOD1 si trovano principalmente nel citosol, sebbene siano stati rilevati anche nel compartimento nucleare e nei lisosomi. Gli isoenzimi SOD 3, d'altra parte, sono stati descritti nel plasma sanguigno umano, nella linfa e nei fluidi cerebrospinali.

Ciascuna di queste isoforme è codificata da geni diversi, ma appartenenti alla stessa famiglia, e la loro regolazione trascrizionale è essenzialmente controllata da condizioni extra e intracellulari, che innescano diverse cascate di segnalazione interne.

Altre dismutasi di superossido

I superossido dismutasi con siti catalitici che possiedono ioni rame e zinco o manganese non sono esclusivi dei mammiferi, sono presenti anche in altri organismi, comprese piante e batteri di classi diverse.

Esiste un ulteriore gruppo di superossido dismutasi, che non si trovano nei mammiferi e che sono facilmente riconoscibili, poiché nel loro sito attivo contengono ferro invece di uno qualsiasi dei tre ioni precedentemente descritti per le altre classi di superossido dismutasi.

In E. coli, il superossido dismutasi contenente ferro è un enzima periplasmatico che è anche responsabile della rilevazione e dell'eliminazione dei radicali liberi dell'ossigeno generati durante la respirazione. Questo enzima è simile a quello che si trova nei mitocondri di molti eucarioti.

Le piante hanno i tre tipi di enzimi: quelli che contengono rame e zinco (Cu / Zn-SOD), quelli che contengono manganese (Mn-SOD) e quelli che contengono ferro (Fe-SOD) nel loro centro attivo e in questi organismi. esercitano funzioni analoghe a quelle degli enzimi non vegetali.

Reazione

I substrati delle superossido dismutasi sono anioni superossido, che sono rappresentati come O2- e sono composti intermedi nel processo di riduzione dell'ossigeno.

La reazione che catalizzano può essere vista in senso ampio come la trasformazione (dismutazione) dei radicali liberi per formare ossigeno molecolare e perossido di idrogeno, che vengono rispettivamente rilasciati nel mezzo o usati come substrato per altri enzimi.

Il perossido di idrogeno può essere successivamente eliminato dalle cellule grazie all'azione di uno qualsiasi degli enzimi glutatione perossidasi e catalasi, che svolgono anche importanti funzioni di protezione cellulare.

Struttura

Gli isoenzimi del superossido dismutasi nell'uomo possono differire l'uno dall'altro in alcuni aspetti strutturali. Ad esempio, l'isoenzima SOD1 ha un peso molecolare di 32 kDa, mentre SOD2 e SOD3 sono omotetrameri di peso molecolare di 95 e 135 kDa, rispettivamente.

L'altro gruppo di superossido dismutasi, le Fe-SOD presenti in piante e organismi diversi dai mammiferi, sono enzimi dimerici con subunità identiche, cioè sono omodimeri.

In alcune piante, questi Fe-SOD contengono una sequenza di segnale N-terminale putativa per il trasporto in cloroplasti e altri contengono una sequenza tripeptide C-terminale per il trasporto ai perossisomi, quindi si presume che la loro distribuzione subcellulare sia limitato a entrambi gli scomparti.

La struttura molecolare dei tre tipi di enzimi superossido dismutasi è essenzialmente costituita da alfa eliche e fogli piegati a B.

Caratteristiche

Le superossido dismutasi difendono le cellule, gli organi ei tessuti del corpo dai danni che i radicali liberi dell'ossigeno possono causare, come la perossidazione lipidica, la denaturazione delle proteine ​​e la mutagenesi del DNA.

Negli animali, queste specie reattive possono anche causare danni al cuore, accelerare l'invecchiamento e partecipare allo sviluppo di malattie infiammatorie.

Le piante richiedono anche l'attività enzimatica essenziale della superossido dismutasi, poiché molte condizioni di stress nell'ambiente aumentano lo stress ossidativo, cioè la concentrazione di specie reattive deleterie.

Nell'uomo e in altri mammiferi, le tre isoforme descritte per la superossido dismutasi hanno funzioni diverse. L'isoenzima SOD2, ad esempio, partecipa alla differenziazione cellulare e alla tumorigenesi e anche alla protezione contro la tossicità polmonare indotta da iperossia (concentrazione elevata di ossigeno).

Per alcune specie di batteri patogeni, gli enzimi SOD funzionano come "fattori di virulenza" che consentono loro di superare molte barriere di stress ossidativo che possono incontrare durante il processo di invasione.

Malattie correlate

Una diminuzione dell'attività della superossido dismutasi può verificarsi a causa di diversi fattori, sia interni che esterni. Alcuni sono legati a difetti genetici diretti nei geni che codificano per gli enzimi SOD, mentre altri possono essere indiretti, legati all'espressione di molecole regolatrici.

Un gran numero di condizioni patologiche negli esseri umani sono correlate agli enzimi SOD, tra cui obesità, diabete, cancro e altri.

Per quanto riguarda il cancro, è stato determinato che esiste un gran numero di tipi di tumore canceroso che possiedono bassi livelli di una qualsiasi delle tre superossido dismutasi dei mammiferi (SOD1, SOD2 e SOD3).

Lo stress ossidativo che previene l'attività del superossido dismutasi, è anche associato ad altre patologie articolari come l'osteoartrosi, l'artrite reumatoide. Molte di queste malattie hanno a che fare con l'espressione di fattori che inibiscono l'attività SOD, come il fattore TNF-α.

Riferimenti

1. Fridovich, I. (1973). Dismutasi di superossido. Annu. Rev. Biochem. , 44, 147-159.
2. Johnson, F. e Giulivi, C. (2005). Dismutasi di superossido e loro impatto sulla salute umana. Aspetti molecolari della medicina, 26, 340–352.
3. Oberley, LW e Bueftner, GR (1979). Ruolo della superossido dismutasi nel cancro: una revisione. Cancer Research, 39, 1141-1149.
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