SOD的种类与分布

一、BJSOD概述:
根据分子中包含的各种金属辅基,SOD可分为三种类型:Cu,Zn-SOD,Mn-SOD和Fe-SOD。 Kim等。 发现链霉菌天蓝色穆勒具有两个新的超氧化物歧化酶。
SOD是生物抵御氧气中毒的重要防线。 人们最初以为SOD仅存在于好氧和好氧生物中,而不是专性厌氧生物中。 1973年,啤酒在减少厌氧硫酸盐的细菌中发现了SOD活性,随后在各种专性厌氧菌中发现了SOD活性,但这种活性非常低且难以检测。 通常认为,当细菌偶尔暴露于低氧环境中时,厌氧性SOD能够抵抗氧中毒。 例如,当专性厌氧菌从厌氧环境移至另一个低氧环境时,需要这种类型的保护。
微生物的好氧条件与SOD的含量,类型和分布密切相关。 通常,好氧微生物的SOD含量明显高于厌氧微生物,而严格的厌氧菌(如细长的绿细菌和甲烷菌)的SOD含量几乎为零。此外,好氧微生物的SOD种类也与厌氧微生物的有所不同。如在脆壁芽孢杆菌(B.fragilis)、多形拟杆菌(B.thetiotaomicron)和龈拟杆菌(B.gingivalis)中,在无氧条件下只检测到Fe-SOD,而在有氧条件下Mn-SOD活性较高,并且SOD总活性增加;在大肠杆菌中,在厌氧条件下仅检测到Fe-SOD,而在需氧条件下则以Mn-SOD为主。 厌氧细菌(如Chlostridium,Chlobium和Desulfovibrio)仅含有Fe-SOD,而不含Mn-SOD。 固氮生物(如固氮菌和根瘤菌)也仅含有Fe-SOD。
植物细胞中SOD含量最高的是Cu和Zn-SOD,它们位于细胞质中,位于叶绿体和线粒体的内膜和外膜之间。 Mn-SOD存在于线粒体基质中。 豌豆叶过氧化物酶体也含有Mn-SOD。 Fe-SOD主要存在于植物细胞的叶绿体中。通常认为,编码Fe-SOD的基因从原核细胞转移到共生宿主植物细胞中,被保守并表达。 发现根癌农杆菌在宿主植物冠状目标形成期间将其基因组的一部分转移到宿主植物中。
SOD同工酶在系统发育上的分布和亚细胞定位为真核生物的叶绿体及线粒体起源于原核生物内共生的假说提供了有力的证据。Bonov和Fridovich报道在大肠杆菌中也存在Cu,Zn-SOD,Imlay进一步发现,大肠杆菌的Cu,Zn-SOD同其他细菌中的SOD一样,分泌到外周质中,它主要参与防御外周质大分子抵御胞质外超氧化物。Cu,Zn-SOD业已被发现广泛存在于紫色细菌的不同亚属中。细菌中的Cu,Zn-SOD与真核中的相比同一性更高,但活性中心和结构在原核中和真核中是相似的。对铜的使用和一个不变二硫键说明Cu,Zn-SOD是在有氧的环境中进化的。hMn-SOD存在于线粒体基质,结晶几乎是无色的,而从加有硫酸铵或聚乙二醇(PEG)的培养基中所获得的含Mn(Ⅲ)的细菌SOD则呈紫红色。EC-SOD与Cu,Zn-SOD有约50%的顺序同一性,但hEC-SOD和hCu,Zn-SOD也有许多不同的方面。本章主要介绍Cu,Zn-SOD、Mn-SOD、Fe-SOD、EC-SOD在自然界中的分布。
二、微生物中SOD的种类与分布
1、SOD在原核微生物中的种类与分布
1970年,Keele等首次从大肠杆菌中分离得到Mn-SOD,从而证明了他的对于所有需氧细胞包括最简单的微生物都含有SOD的设想。随后又相继从多种需氧菌中分离得到Mn-SOD。Martom等(1986年)在兼性厌氧菌中发现了一种Cambialistic酶,它在一级结构上类似于Mn-SOD,但在化学性质上又类似于Fe-SOD,被视为两者之间的过渡形式,可分别利用Mn,Fe作为辅因子。在无氧条件下,它只表现为Fe-SOD,而在有氧条件下将它培养时SOD总活性增加,且Mn-SOD占优势。于是证明了Mn-SOD的广泛存在及对生物体防御超氧离子毒性的至关重要性。
Mn-SOD在原核生物中几乎是一个二聚体,在真核生物中是一个四聚体。 每个亚基基本上是相同的。 每个亚基的相对分子量通常为23 kD,每个亚基包含0.5-1.0 Mn原子。Mn-SOD的氨基酸组成和序列显示出清晰的进化保守性和高度的序列同源性。 这种同源性在某种程度上代表了人类Mn-SOD与物种(例如小鼠)之间的距离。 大肠杆菌分别为94%和43%。
革兰氏阳性菌通常含有Mn-SOD,革兰氏阴性菌通常含有Fe-SOD和Mn-SOD;真核生物通常含有Cu,Zn-SOD和Mn-SOD。 Cu和Zn-SOD主要存在于真核细胞的胞质溶胶中,而Mn-SOD主要存在于线粒体基质中。线粒体是细胞的能量工厂,其氧化呼吸链的电子传递过程是机体内自由基产生的最主要途径,所以Mn-SOD是清除O2的第一道防线,Mn-SOD基因的表达和调控对机体内自由基与自由基清除剂的平衡体系至关重要。
厌氧细菌梭状芽孢杆菌,绿细菌和脱硫弧菌被认为是地球上最原始的生物群,仅含有Fe-SOD。 这表明Fe-SOD出现在生命进化的早期。较原始的原核生物如嫌气细菌(包括硫细菌)只含Fe-SOD。而较进化一些的厌氧细菌产生的SOD的种类依赖于氧的存在与否,如脆壁芽孢杆菌(B.fragilis)、多形拟杆菌(B.thetaiotaomicron)和龈拟杆菌(B.gingtvalis),在无氧条件下培养时,Fe-SOD是体内唯一的SOD,而在有氧条件下培养时,体内却以Mn-SOD为主,并且SOD总活性增加。对大肠杆菌,在无氧条件下只检测到Fe-SOD的存在,在有氧条件下Mn-SOD占优势。
好氧和兼性厌氧细菌(包括非硫细菌、蓝藻等)则含Fe-SOD和(或)Mn-SOD。固氮生物如固氮杆菌属和根瘤菌属也只有Fe-SOD。根据另一项研究,Fe-SOD是在蓝藻细胞中以干燥状态存储13年的第三大最丰富的可溶性蛋白质,并且是在多次干燥和水合作用过程中由紫外线引起的氧胁迫状态,可以耐受。 所有这些表明Fe-SOD存在于大多数原始生物中,并且是相对原始的SOD类型。
2、SOD在真核微生物中的种类与分布
真核微生物的SOD含量一般高于原核生物,如真菌的SOD含量明显高于原核生物。研究发现,革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的SOD含量没有明显差异,放线菌和细菌的SOD含量亦没有明显差异。菌体中SOD含量与耐氧能力相关,一般菌体耐氧能力强,其SOD含量就高。大多数真核藻类在其叶绿体基质里存在Fe-SOD,类囊体膜上结合着Mn-SOD,且多数不含Cu,Zn-SOD;轮藻中含有Cu,Zn-SOD,说明轮藻是绿藻向高等植物进化的过渡类型,真菌里一般含有Cu,Zn-SOD和Mn-SOD。
Fe-SOD也存在于疟原虫中;胞内寄生虫嗜肺军团菌有两种类型的SOD:Fe-SOD和Cu,Zn-SOD;从伤寒沙门氏菌纯化的SOD主要是Fe,它是SOD。 比活度达到3270u / mg。 pr;在患有囊性纤维化的患者的重要机会病原体复合物中还发现了来自同一Fe-SOD家族的两种蛋白质。 结合PAGE和酶活性染色分析,SOD以Fe2 +和Mn2 +的嵌合体形式存在,其中Fe-SOD占90%以上。
3、SOD在藻类生物中的分布
以新鲜螺旋藻,最大螺旋藻,螺旋藻盐藻,单细胞绿藻盐藻,多细胞绿藻性状,螺旋藻和Choleoptile等蓝藻为实验材料,通过检测其中的SOD类型显示了三种类型。 螺旋藻仅包含Fe-SOD,其中螺旋藻和螺旋藻均含有4带Fe-SOD同工酶,螺旋藻,螺旋藻和绿藻具有两种Fe-SOD和Mn-SOD。 SOD,Mn-SOD和Cu,Zn-SOD。还通过DEAE-纤维素色谱法从海洋东方弧菌中纯化了某些Fe-SOD。 Fe-SOD由腰鞭毛(海洋单细胞生物)和从蓝藻,海藻和植物来源分离的cDNA编码。 Fe-SOD高。 序列相似性。
从波罗的海的各个深度收集了Trichomes,Anabaena和Nodularia毛状体。 分析的结果是,Fe-SOD的含量随着海深的增加而降低,并且检测到在18m深度处生长的藻类。少于SOD活性。 在波罗的海的混合,开花,N2固定的蓝细菌中已检测到Fe-SOD。 它存在于植物细胞和非典型细胞中,含量相似。 在强光照射下可以看到Fe-SOD。 它在非典型细胞中含量最高,同时具有最高的硝化酶活性。 这表明同工酶可以保护Nitelonase免受活性超氧阴离子自由基的破坏。
由于在生物进化过程中Mn-SOD,Cu和Zn-SOD的逐渐出现,杜氏藻,螺旋藻,胚芽鞘和Chara被认为是从蓝细菌到高等植物的过渡形式。 大多数真核藻类在叶绿体基质中均具有Fe-SOD,在类囊体膜中具有Mn-SOD,并且大多数藻类均不含Cu或Zn-SOD。 在特定生长环境中的海藻包括高等动植物中相对罕见的Fe-SOD,以及高等动植物中常见的Cu,Zn-SOD和Mn-SOD。
4、植物SOD的种类与分布
SOD是存在于植物细胞中的最重要的自由基捕获酶,并催化超氧阴离子自由基,这是生物体内分子氧活化的第一中间体,引起O2和H2O2之间的不平衡,产生并减少了自由基。 对植物的不利影响。 植物超氧化物歧化酶有三种,分别是铜,锌超氧化物歧化酶,锰超氧化物歧化酶和铁超氧化物歧化酶,主要分布在叶绿体,线粒体和细胞质中。
1)、植物SOD的种类与分布
高级真核生物通常仅包含Cu,Zn-SOD和Mn-SOD,而很少存在Fe-SOD。 在高等植物中,Cu,Zn-SOD和Mn-SOD是主要成分,通常认为Fe-SOD不足。 仅在少数植物中检测到Fe-SOD。
金松从大米中分离出四种类型的铜和锌超氧化物歧化酶,其中铜和锌超氧化物歧化酶IV是分离和纯化单体铜和锌超氧化物歧化酶的首次报道,表明铜和锌分子-超氧化物歧化酶IV含有一种铜。 Zn具有与二聚体Cu,Zn-SOD I和Cu,Zn-SOD II相同的比活。 盛良泉从烟草中提取的Cu和Zn-SODⅡ也是单体酶。
真核过氧化物酶体包含Cu,Zn-SOD和Mn-SOD。 Karpinska等。 在胚乳细胞中发现了胞质中铜和锌超氧化物歧化酶的高等电点。 该SOD也存在于细胞外。 高氧胁迫通过促进细胞外SOD转运到细胞核来保护DNA。 SOD存在于细胞内结构中,并可能在细胞内部产生活性氧。 叶绿体中存在的Cu和Zn-SOD由核基因编码,在细胞质中合成,然后由叶绿体前导肽导致形成叶绿体。 细胞质的铜和锌超氧化物歧化酶主要位于液泡,细胞核附近和质外体外部的细胞质区域。
光合作用细胞含有Cu和Zn-SOD。 人们从不同的植物和不同的组织中发现了几种铜和锌超氧化物歧化酶同工酶。 邹国林等(1986,1989,1992)。 铜和锌超氧化物歧化酶用于大白菜细胞质,叶绿体和线粒体;袁勤生于2001年从烟叶中获得铜和锌超氧化物歧化酶。
Marvin和Susan不断从油菜和睡莲中分离和纯化Fe-SOD。 Susan等人研究了维管植物中Fe-SOD的分布,发现在银杏科,睡莲科和十字花科中存在Fe-SOD。 Kwiatowski等人从几种高等植物中分离并纯化了酶,例如西红柿。Cheng Guangyu等人使用浓度梯度电泳法检测到枸杞叶,何首乌叶和香leaves叶均含有Fe-SOD。 所有高等植物都可能含有Fe-SOD。 尽管它含有Fe-SOD,但由于其植物含量极低而难以检测。
2)、植物SOD在抗逆中的作用
铜和锌超氧化物歧化酶在植物抗氧化胁迫中起重要作用。 这与植物抗性和抗衰老密切相关。 研究表明,铜和锌超氧化物歧化酶在植物中的过量表达可以提高植物的耐盐性。耐寒性和其他逆境性。
SOD官网大量研究表明,植物中SOD的过度表达可以提高转基因植物对多种氧胁迫的抗性。 C。 Bowler等人(C. Bowler,1991)用Mn-SOD基因的线粒体前导序列取代了叶绿体特异性前导序列,并将Mn-SOD融合基因转移到烟草中,导致Mn-SOD再生。已显示。 叶绿体在肽进入和功能性叶绿体中的领导作用。这种转基因烟草可以抵抗除草剂。
本文摘自:《超氧化物歧化酶》——普通高等教育十三五规划教材 袁勤生