SOD1, СОД1 (Cu/Zn-супероксиддисмутаза цитоплазматическая)

Gene: [21q221/SOD1] superoxide dismutase 1, soluble

Cu,Zn-СОД обладает наибольшей активностью среди СОД. Константа скорости реакции составляет 2*10 М с , что близко к величине константы скорости реакций, контролируемых диффузией.

Активность Cu,Zn-СОД не зависит от рН среды в области 5-9, в то время как активность Mn- и Fe-СОД снижается при значениях pH ниже нейтральных.

Для Cu,Zn-СОД из различных источников характерна микрогетерогенность, выявляемая при электрофорезе и изоэлектрофокусировании. Cu,Zn-СОД из печени цыпленка обнаруживает несколько форм с величинами pI в интервале 6,75-5,35. Множественные формы фермента являются, по-видимому, результатом посттрансляционной окислительной модификации, не затрагивающей активный центр.

Cu,Zn-СОД представляет собой гомодимер с молек. массой 32 кДа. Сравнение аминокислотной последовательности СОД из различных источников показывает высокую степень консервативности структуры; так для Cu,Zn-СОД млекопитающих гомология достигает 70-80%, для фермента из дрожжей - 50-60%, однако для бактериальных ферментов гомология с эукариотическим ферментами не превышает 30%.

В Cu-связывающий центр всех ферментов входят 4 His, в Zn-связывающий центр - 2 His и 1 Asp. Постоянными являются также Arg-141, существенный для каталитической активности, и единственный на суб`единицу дисульфидный мостик Cys-58 и 160. Установлено, что только СОД высших организмов имеют ацетилированную N-концевую аминокислоту.

Кристаллическая структура Cu,Zn-СОД из эритроцитов быка была установлена в 1982 г. Д. Тэйнером с соавт. Каждая субъединица Cu,Zn-СОД имеет структуру бочонка (бета-барреля), образованного 8 антипараллельными бета-слоями, и содержит 3 выступающие внешние петли. Димер представляет собой удлиненный эллипсоид (33, 67, 36 А). Около 9% внешней поверхности каждой субъединицы приходится на область контакта. В контакте участвуют первая и последние пары бета-слоев бета-барреля и области двух петель на участках 47-82 и 100-112 остатков.

Бета-Баррель асимметричен: бета-слои с 5 по 8 более короткие и с меньшим числом водородных связей, чем слои 1-4. Петли различаются по размерам и структуре. Наибольшая петля содержит дисульфидный мостик и область центра связывания Zn. Дисульфидная связь ковалентно соединяет большую петлю с началом бета-слоя 8. Вторая петля имеет небольшой альфа-спиральный участок. Самая маленькая петля имеет форму греческого ключа.

Расстояние между атомами Cu активных центров составляет 33,8 А. Разделение двух активных центров в пространстве и их кажущаяся идентичность позволяют предположить, что сильное димерное взаимодействие обеспечивает скорее структурную стабильность СОД, а не ферментативную функцию.

Cu(II) и Zn(II) расположены на дне глубокого, узкого канала на расстоянии 6,3 А: Zn погружен полностью, Cu более открыта и доступна для растворителя. Боковая цепь His-61 образует мостик между Cu и Zn. Лигандами Cu являются His-44, His-46, His-61 и His-118, лигандами Zn - His-61, His-69, His-78 и Asp-81. Положение металл- связывающих остатков стабилизировано сложной сетью водородных связей. Молекулярная поверхность канала активного центра образована 18 аминокислотными остатками, 16 из которых повторяются для СОД из различных источников. Е.Гетцофф с соавт. в 1992 г. получили мутантную Cu,Zn-СОД человека с заменой в канале активного центра Glu-132 и Glu-133 на Gln-остатки. Нейтрализация отрицательных зарядов Glu приводит к существенному увеличению скорости реакции дисмутации, по-видимому, за счет снижения электростатического барьера и увеличения скорости диффузии О - к активному центру. На дне узкой части канала имеются две ямы, в одной из которых располагается Cu, в дру гой - молекула воды. Поскольку структура Cu,Zn-СОД из различных источников отличается высокой консервативностью аминокислотных остатков в области активного центра, структуру Cu,Zn-СОД из эритроцитов быка, по-видимому, можно распространить на всю группу Cu,Zn-СОД .

Молекулярный механизм действия Cu,Zn-СОД, основанный на данных рентгеноструктурного анализа и биохимических данных, предложен Д.Тэйнером и др. в 1983 г. Согласно этой модели радикал О - связывается с Cu-центром таким образом, что один атом О вытесняет молекулу воды из Cu-центра, а второй атом О образует водородную связь с гуанидиновым азотом Arg-141. Связанный О - восстанавливает Cu(II) до Cu(I) с одновременным расщеплением связи между His-61 и Cu. O выделяется, один из атомов азота имидазольного кольца His-61 протонируется, а другой остается связанным с Zn. За- тем второй радикал O связывается с Cu(I) таким образом, что один атом O образует водородную связь с протонированным атомом азота имидазольного кольца His-61, в то время как другой атом О снова об- разует водородную связь с Arg-141. Перенос электрона от Cu(I), сопряженный с переносом протона от His-61, приводит к образованию Cu- гидропероксида. Второй протон поступает от связанной в активном центре воды и образуется нейтральная молекула Н О .

В ранних исследованиях иону Zn в основном отводилась роль стабилизатора структуры фермента. Однако в последнее время высказываются предположения о его участии в катализе. В пользу этого говорят следующие данные. Так, активность Cu,Zn-СОД не зависит от рН среды в области 5-9, а активность СОД, лишенной Zn, зависит от рН, причем величина кажущейся рК составляет ~6,9, что может отражать рК His- 61. Далее, в Cu,Zn-СОД редокспотенциал Cu равен 0,42 В, тогда как в водном растворе он составляет 0,17 В, а в Cu(II)-гистидиновых комплексах ~0,01 В. На первой стадии реакции происходят изменения геометрии комплекса Zn с лигандами. На второй стадии Zn обеспечивает протонизацию His-61, образующего мостик между Cu и Zn, и направляет этот протон для образования водородной связи и последующего переноса на второй О - радикал, завершая таким образом каталитический цикл. Zn(II), связанный с His-61, увеличивает рК NE2 до ~13.

Супероксиддисмутаза-1 - цитозольная супероксиддисмутаза , обезвреживающая супероксидные радикалы .

SOD1 (супероксидисмутаза 1) в патогенезе БДН

Ссылки: