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標題: 建議關注超氧化物歧化酶 [打印本頁]

作者: 糖蜜 時間: 2016-8-15 15:42
標題: 建議關注超氧化物歧化酶
建議關注超氧化物歧化酶
1、超氧化物歧化酶簡介
超氧化物歧化酶，是英文superoxide dismutase的縮寫，簡稱SOD，是一種能夠催化超氧化物通過歧化反應轉化為氧氣和過氧化氫的金屬酶。它有2個亞基，相對分子質量約32 000（Cu，Zn-SOD）。1938年Mann和Keilin首次從牛血紅細胞中分離得到該酶, 1969年美國科學家Mccord及Fridovich發現該蛋白具有催化O2.發生歧化反應的功能,故將此酶命名為超氧化物歧化酶。
SOD按其金屬輔基成分的不同，可分為三大類：鐵超氧化物歧化酶（Fe-SOD）、錳超氧化物歧化酶（Mn-SOD）和銅鋅超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）。它分布很廣，動植物以及微生物中均有發現，真菌里一般含錳超氧化物歧化酶（Mn-SOD）和銅鋅超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）。植物細胞中的Fe-SOD 主要存在于葉綠體中。大多數原始的無脊椎動物細胞中都存在Cu/Zn-SOD ，脊椎動物則一般含有Cu/Zn-SOD和Mn-SOD。人、鼠、豬、牛等紅細胞和肝細胞中含Cu/Zn-SOD，且其主要存在于細胞質，同時也存在于線粒體內外膜之間。而從人和動物肝細胞中也純化了Mn-SOD，其一般存在于線粒體基質中。
SOD是至今為止發現的唯一以自由基為底物的酶，能專一地清除生物氧化過程中產生的超氧陰離子自由基（O2-）。它是機體對抗自由基的第一道防線，在維持生物機體內自由基產生與清除的動態平衡過程中起著極其重要的作用。而自由基被稱為是萬病之源，清除自由基則具有預防和治療疾病、延緩衰老等重大作用。正是由于SOD的這一特點，不少人認為SOD的發現具有里程碑意義，它可能是破解了衰老與疾病的終級密碼，打開了人類的長壽之門。美國著名營養學家漢斯·卡特勒博士說，SOD是近10年來醫藥及營養學上最輝煌的發現。
我國對SOD研發也十分重視，SOD項目先后被列入國家發改委、科技部、商務部聯合重點推進項目，是我國“十五”、“十一五”863計劃的重大科研課題。
目前，科學家已從動物、植物和微生物中分離得到了SOD。
2、超氧化物岐化酶的作用機理
SOD 是一種重要的抗氧化劑，保護暴露于氧氣中的細胞。其能夠催化超氧化物通過歧化反應轉化為氧氣和過氧化氫主要通過以下兩步完成：
M3 + + O2·+ H + →M2 + ( H + ) + O2
M2 + ( H + ) + H + + O2· →M3 + + H2O2
這里 M 代表金屬輔因子，M3+ 代表金屬輔因子的最高價，M2+ 代表金屬輔因子被氧化以后的價位。這種逐步遞增機制從反應動力學來說，具有如下優點: 首先，一個分子反應能克服兩個分子同時反應之間產生的靜電排斥作用，且帶正電荷的活性金屬特異性結合帶副電荷的超氧陰離子( O2·)。其次，活性位點的金屬離子靜電引力被一個質子吸收并保存，在這種機制中，歧化反應的產物是中性的，不互相約束。第三，第一步反應釋放的能量能提供給第二步來還原超氧陰離子 ( O2·) ，然后 H2O2再被過氧化氫酶還原成 H2O。
3、超氧化物岐化酶的生產方式
目前 SOD 的生產方式主要有四種:
（1）用動物血液提取法。這是20世紀 90年代以前最常用的方法。這種方法存在交叉感染和過敏性反應等風險，歐盟已于1999 年頒布法令，禁止把從動物血液中提取的SOD用于人類的醫療和保健。
（2）從植物中提取。現已報道分別從大蒜、桑葉、沙棘、仙人掌、玉米和大豆中成功提取獲得SOD。其提取方法主要有分步鹽析法、有機溶劑沉淀法和層析法等。但植物中 SOD 含量較少，提取工藝相對復雜，這就使得 SOD生產成本相對較高。
（3）微生物發酵法生產 SOD。選育 SOD 高產菌株進行發酵生產是一種比較有效的方法，1997 年王歲樓等利用常規篩選方法自然篩選出1 株 SOD高產菌株，酶活可達 600 U/g 濕菌體，為 SOD 的工業化發酵生產打下了基礎。吳思方等研究了從啤酒廢酵母生產、提取和純化SOD的方法及條件，得到比活為3048 U/mg的SOD。微生物發酵技術生產SOD，不僅產量高，而且提取工藝簡單，因而能大幅度降低SOD的生產成本。
（4）基因工程法是獲得應用所需 SOD 產品有效途徑。近年來，美國、日本、英國和德國相繼開發了微生物基因工程產品，并進行了臨床實驗。施惠娟等分別以人胎肝組織及人肝細胞株( L02) 總 RNA 為模板，以 RT-PCR 法獲得 hCu/Zn-SOD 和 hMn-SODcDNA，構建表達質粒 pETSOD，并導入 E．coil 細胞中使之表達，分別獲得了38%和50%的高表達率且有活性。目前，國內外在基因工程生產 SOD方面均取得了可喜的成果。
4、超氧化物岐化酶的應用
（1）SOD 在醫藥上的應用。正常健康機體內自由基的形成和清除處于一種動態平衡中，但隨著年齡的增長，體內SOD 的含量呈下降趨勢，相應的增長的自由基會破壞機體的平衡，使機體產生各種疾病。所以，保持體內適量的 SOD 是維護健康和延緩衰老的有效途徑。SOD的缺少和活性降低是人類生老病死的根本原因。根據這一原理，作為自由基清除劑之一的 SOD 現已被用于臨床治療研究，并取得一定的效果。甚至有專家稱SOD酶是人類長壽唯一決定酶，是人體“抗衰之王”。
（2）與其他抗氧化劑一樣,SOD可作為罐頭食品、果汁、啤酒等的抗氧化劑,防止過氧化酶引起的食品變質及腐敗現象，還可作為水果、蔬菜等的良好保鮮劑。由于絕大部分蔬菜、水果都含SOD,其中含量較高的有刺梨、香蕉、獼猴桃、菠蘿、山楂、大蒜等,水果果皮中SOD活性明顯高于果肉。水果中SOD活性在儲藏期間均呈下降趨勢。人們利用這些富含SOD
的原料開發了天然保健食品如蘆薈汁、大蒜素、刺梨汁、菠蘿汁、麥綠素等。另外,還可將SOD作為營養強化劑加入食品中制成新的保健食品。
（3）SOD 在農業上的應用。SOD 與植物生物和非生物脅迫抗性有很重要的關系。通過對水稻、狹葉羽扇豆、煙草等的研究結果看，在鹽害環境下 SOD 活性升高。國外對小麥斑點病、黃瓜霜霉病、棉花黃萎病等也進行了研究，結果顯示，凡感染病害的植株體內 SOD 活性都有所增強。光調節的發育過程包括發芽、莖的生長、葉和根的發育、向光性、葉綠素的合成、分枝及花的誘導等。在對紅樹林的研究中發現， 3d 的暗培養并沒有使 SOD 的表達量發生變化，而 7d 暗培養后 SOD mRNA 表達量明顯下降。無論 SOD 活性升高或是降低、表達量增加還是減少，都會發現活性高的與表達量高的株系抗性較強。SOD 的表達量高低與活性的強弱都直接決定了植物的抗逆性。SOD 在植物基因工程中的應用廣泛受到科研工作者的關注和重視，試圖通過轉 SOD 基因技術來培育高抗逆農作物新品種已成為國內外研究熱點之一。2002 年克隆出了桃的 Mn-SOD基因。2006 年希臘克隆出了棉花的 Cu/Zn-SOD基因。我國也克隆出了水稻的 Fe-SOD 基因，并且原核表達出了有活性的蛋白。這些研究都為利用培育高抗性的轉基因植物提供了堅實的基礎。
（4）SOD在其他方面的應用。SOD既可以作為藥用酶,也可作為化妝品的添加劑,國際生化委員會,美國聯邦食品管理局稱其為“抗衰因子”、“美容嬌子”,具有抗衰老、防曬、抗炎等功效。SOD還可以加入到牙膏、漱口水、含片等中,對預防口腔疾病有一定的療效。中國農業大學研制的SOD系列微生物制劑即益微SOD已被推廣應用。
5、國內外超氧化物岐化酶研究現狀
近幾十年, SOD一直是國內外學者研究的熱點。但他們的研究大多集中于從動物血液或臟器中提取SOD，易受原料來源、產品得率、穩定性及安全性等方面的限制。微生物具有原料便宜易得,可大規模生產的優勢,因而,近些年很多學者都致力于用微生物發酵生產SOD的研究。上世紀80年代后,美國和日本已先后開發了用發酵法生產SOD,大大降低了生產成本。目前,國內外在微生物SOD的菌種選育、發酵工藝、分離提純、生理學研究、基因克隆表達及SOD應用方面都取得了較大進展。
中國科學院微生物所從極端環境中篩選到一種耐熱產SOD 的菌株，該SOD 能耐高溫，耐酸耐堿，穩定性強，已通過國家科技部驗收并獲得國家發明專利。該所已與湖南鑫亞農業科技發展有限公司合作生產銷售耐熱SOD酶。由中國科學院老專家技術中心領導的北京中科國發科學技術有限公司的控股企業北京奇化美生物科技有限公司，也在生產銷售中國科學院微生物研究所專利技術成果-耐熱SOD酶。

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