超氧化物歧化酶

基本简介

概念

超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）是生物体内存在的一种抗氧化金属酶，它能够催化超氧阴离子自由基歧化生成氧和过氧化氢，在机体氧化与抗氧化平衡中起到至关重要的作用，与很多疾病的发生、发展密不可分。

分类

按照 SOD 中金属辅基的不同，大致可将 SOD 分为三大类，分别为 Cu/Zn-SOD、Mn-SOD、 Fe-SOD。

①Cu/Zn-SOD： 呈蓝绿色，主要存在于真核细胞的细胞质内，被认为存在于比较原始的生物类群中且分布最广的一种。

②Mn-SOD：呈粉红色，主要存在于原核生物和真核生物的线粒体中。

③Fe-SOD：呈黄褐色，主要存在于原核细胞中 。它们可以有效地清除超氧阴离子自由基（带有 1 个未成对电子的同时，还带有 1 个负电荷），避免其对细胞过度的损伤，具有抗氧化、抗辐射及抗衰老等功能。

分布

①大多数原始的无脊椎动物细胞中都存在Cu/Zn-SOD，脊椎动物则一般含有Cu/Zn-SOD和Mn-SOD。人、鼠、猪、牛等红细胞和肝细胞中含Cu/Zn-SOD，且其主要存在于细胞质，同时也存在于线粒体内外膜之间。而从人和动物肝细胞中也纯化了Mn-SOD，其一般存在于线粒体基质中。

②植物细胞中的Fe-SOD主要存在于叶绿体中。

③真菌里一般含Mn-SOD和Cu/Zn-SOD。大多数真核藻类在其叶绿体基质中存在Fe-SOD，类囊体膜上结合着Mn-SOD，而多数藻类中不含Cu/Zn-SOD。

结构

①Cu/Zn-SOD ：其活性中心包括一个 Cu 离子和一个 Zn 离子。研究表明，Cu 的存在是 Cu/Zn-SOD 活性所必需的，它直接与超氧阴离子自由基作用，而 Zn 周围环境拥挤，没有直接裸露在反应溶液中，不直接与 超氧阴离子自由基作用，起到稳定活性中心周围环境的作用。二价铜离子与其周围四个组氨酸上的氮原子以配位键结合，构型是一个畸变的近平面四方形。Zn 的周围有三个组氨酸通过氮原子与之配位，其中一个组氨酸被 Cu 和 Zn 所共用，形成―咪唑桥‖结构。另外，Zn 还同一个天冬氨酸残基配位，使 Zn 形成畸面四面体配位构型。

②Mn-SOD ：由 203 个氨基酸残基构成。活性中心为 Mn(Ⅲ)，配位结构为五配位的三角双锥，其中一个轴向配体为水分子，另一轴向位置的配位基为 His-28 蛋白质辅基，在赤道平面上是蛋白质辅基 His-83，Asp-166 和His-170。酶的活性部位在一个主要由疏水残基构成的环境里，两个亚基链组成一个通道，构成了底物或其它内界配体接近 Mn(Ⅲ)离子的必经之路。

反应机理

SOD 的催化作用是通过金属离子 Mn+1 (氧化态)和 Mn (还原态)的交替电子得失实现的。一般认为 超氧阴离子自由基首先与金属离子形成内界配合物，Mn+1被体内的 超氧阴离子自由基还原为 Mn ，同时生成 O2 ，Mn又被 HO2· 氧化为 Mn+1 ，同时生成 H2O2。而 SOD 又被氧化为初始氧化态的 SOD。最后，H2O2在过氧化氢酶的作用下，被催化分解为水（H2O）和 O2 。

测定方法

超氧化物歧化酶活性的主要测定方法有直接法、邻苯三酚自氧化法、细胞色素C还原法、化学发光法及荧光动力学法等。近年来又建立了多种新方法，如免疫学方法、简易凝胶过滤扩散法、极谱氧电极法、微量测活方法等。

1.直接法 原理是根据O2.- 或产生O2.- 的物质本身的性质测定O2.-的歧化量，从而确定SOD的活性。经典的直接法包括：脉冲辐射分解法、电子顺磁共振波法（EPR）、核磁共振法。由于所需的仪器设备价格昂贵，一般较少应用。

2.邻苯三酚自氧化法：原理是基于经典的分光光度法，在碱性条件下，邻苯三酚自氧化成红桔酚，用紫外-可见光谱跟踪波长为325nm、420nm或650nm（经典为420nm），同时产生O2.-，SOD催化O2.- 发生歧化反应从而抑制邻苯三酚的自氧化，样品对邻苯三酚自氧化速率的抑制率，可反映样品中的SOD含量。本法具有特异性强，所需样本量少（仅50μl），操作快速简单，重复性好，灵敏度高，试剂简单等优点。

3.细胞色素C还原法：原理是黄嘌呤-黄嘌呤氧化酶体系中产生的O2.-使一定量的氧化型细胞色素C还原为还原型细胞色素C，后者在550nm有最大光吸收。在SOD存在时，由于一部分O2.-被SOD催化而歧化，O2.-还原细胞色素C的反应速度则相应减少，即其反应受到抑制。将抑制反应的百分数与SOD浓度作图可得到抑制曲线，由此计算样品中SOD活性。本法是间接法中的经典方法，但本法灵敏度较低。

4.化学发光法：原理是黄嘌呤氧化酶在有氧条件下，催化底物黄嘌呤或次黄嘌呤发生氧化反应生成尿酸，同时产生O2.-。后者可与化学发光剂鲁米诺反应，使其产生激发。SOD能清除O2.-从而抑制鲁米诺的化学发光。本法可应用于SOD的微量测定，不仅灵敏度高，简便易行，而且特异性与准确性至少与细胞色素C还原法类似。

5.免疫学方法：其测定的是SOD活性，免疫学方法则可测定样品中SOD的质量，因此特异性较好，是较理想的测定SOD方法，免疫法有放射免疫法、化学发光免疫分析法、ELISA法等。但其缺陷是只能测定抗体相应的抗原，对于检测不同种类的SOD，则须制备相应的特异性抗体，手续繁琐。

应用领域

食品方面

SOD 在蔬菜水果中含量较高，如香蕉、山楂、刺梨、猕猴桃、大蒜等，其他如扇贝、鸡肉等中也有分布。SOD 的活性在果皮中高于果肉，在新鲜水果中高于放置后的水果。并以各种形式被加工成保健品和食品添加剂等作为使用，如添加有 SOD 的牛奶、啤酒、软糖等类型的食品营养强化剂。

日化工业方面

皮肤衰老和损伤是人体衰老的重要特征，而人体衰老是由于活性氧类自由基堆积或清除产生障碍的后果，体内的多余自由基会引起细胞损伤以及色素沉着。由于人的皮肤直接与氧气接触，会造成皮肤的老化和损伤。外源 SOD 的补充有利于延缓皮肤衰老、抗氧化、祛色斑的功用。故国内外许多化妆品厂家都在自身产品中加入了一定比例的 SOD。如法国的雅诗兰黛石榴水、日本的 SKII 神仙水，以及国内大宝 SOD 蜜等。

抗炎方面

基于 SOD 是作用于超氧阴离子自由基的专一歧化反应催化剂，故 SOD 作为医药产品，在治疗因自由基作用而导致的炎症、自身免疫性、心脑血管疾病等都有着显著疗效。SOD 可利用其抗氧化作用抑制关节炎、胸膜炎、急性气管炎等炎症类型 。

包括超氧化物自由基在内的活性氧在结肠炎中扮演重要角色，超氧化物歧化酶1（SOD1）可破坏体内的超氧化物自由基。Redox Biology上发表的一项最新研究，发现SOD1缺失可增强小鼠的氧化应激，并破坏肠道上皮屏障、降低抗氧化酶活性、增加促炎症性免疫细胞的结肠浸润，以恶化DSS诱导的小鼠结肠炎。而恢复SOD活性可抑制p38-MAPK/NF-κB信号介导的炎症与凋亡反应，从而缓解结肠炎。

抗肿瘤方面

在人体内SOD可有效的通过清除超氧阴离子自由基最终能达到抑制癌细胞的效果，Mn-SOD表达效果更为突出。