Superoxiddismutase

Superoxiddismutase
Modell des Dimer der menschlichen zytoplasmatischen SOD nach PDB 2C9U
Bezeichner
Externe IDs	CAS-Nummer: 9054-89-1
Enzymklassifikation
EC, Kategorie	1.15.1.1, Oxidoreduktase
Reaktionsart	Disproportionierung
Substrat	2 O2^•− + 2 H^+
Produkte	O2 + H2O2

Superoxid-Dismutase (SOD) ist der Name für alle Enzyme, die Superoxid-Anionen zu Wasserstoffperoxid umwandeln. Diese Enzyme kommen in allen Lebewesen vor. Nur vereinzelten anaeroben Bakterien fehlen diese Enzyme. Superoxid (eine reaktive Sauerstoffspezies) ist sehr reaktionsfreudig und kann Proteine und das Genom schädigen (oxidativer Stress). Die katalysierte Reaktion ist daher besonders wichtig für aerobe Lebewesen.

Systematik

Es gibt drei leicht unterscheidbare Gruppen von Superoxiddismutasen.[1][2][3][4]

• Kupfer/Zink enthaltende SOD: eine Form im Zytoplasma aller Eukaryoten; eine weitere Form in pflanzlichen Chloroplasten; eine extrazelluläre Form in manchen Eukaryoten; und eine periplasmatische Form in Prokaryoten. Beispielsweise ist die Cu,Zn-SOD von Mycobacterium tuberculosis ausschlaggebend für die Abwehr der Immunantwort befallener Macrophagen.[5]
• Mangan-Superoxid-Dismutasen: Mangan- oder Eisenhaltige SOD, in allen Lebewesen. Die eisenhaltigen sind in Pflanzen in den Chloroplasten lokalisiert, die manganhaltigen in Mitochondrien und Peroxisomen. Von Bacteroides gingivalis und Streptococcus mutans sind SOD bekannt, bei denen das Metallion Fe/Mn frei austauschbar ist.[6][7]
• Superoxiddismutasen aus der Germin-Familie (Glycoproteinfamilie, die zuerst bei der Pflanzenkeimung entdeckt wurde), in der extrazellulären Matrix vieler Pflanzen.

Katalysierte Reaktion

Die oxidierte Form des Enzyms reagiert mit einem Superoxidion unter Bildung von Sauerstoff und der reduzierten Form des Enzyms. Diese Form reagiert weiter mit einem zweiten Superoxidion und zwei Protonen, dabei entsteht Wasserstoffperoxid und die oxidierte Form des Enzyms.

${\displaystyle \mathrm {2O_{2}^{-}+2H^{+}\longrightarrow H_{2}O_{2}+O_{2}} }$

Zwei Moleküle des dabei gebildeten Wasserstoffperoxids reagieren weiter zu einem Molekül Sauerstoff und zwei Molekülen Wasser. Diese Reaktion wird von dem Enzym Katalase katalysiert.

Pathologie

Neuere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Defekte in einem SOD-Gen (SOD1[8]) beim Menschen zu der erblichen Krankheit der familiären Form der Amyotrophen Lateralsklerose (fALS) führen können. Diese Wirkung hat jedoch nichts mit der Enzym-Eigenschaft der SOD zu tun, sondern mit zytotoxischen Wirkungen von unstabilisierter SOD. Jene Mutation führt nämlich zu einer erhöhten Akkumulationsneigung des Proteins, was ähnlich wie bei der Akkumulation von β-Amyloid in der Alzheimer-Krankheit die Zellen tötet.[9][10][11]

Einzelnachweise

1. PROSITE PDOC00082
2. PDOC00083
3. PDOC00597
4. RG Alscher et al.: Role of superoxide dismutases (SODs) in controlling oxidative stress in plants. In: J Exp Bot, 53, 372, 2002, S. 1331–41. PMID 11997379
5. DL Piddington, FC Fang, T Laessig, AM Cooper, IM Orme, NA Buchmeier: Cu,Zn superoxide dismutase of Mycobacterium tuberculosis contributes to survival in activated macrophages that are generating an oxidative burst. In: Infection and Immunity. 69. Jahrgang, Nr. 8, August 2001, S. 4980–7, doi:10.1128/IAI.69.8.4980-4987.2001, PMID 11447176, PMC 98590 (freier Volltext). 
6. A Amano, S Shizukuishi, H Tamagawa, K Iwakura, S Tsunasawa, A Tsunemitsu: Characterization of superoxide dismutases purified from either anaerobically maintained or aerated Bacteroides gingivalis. In: J. Bacteriol. 172. Jahrgang, Nr. 3, März 1990, S. 1457–63, PMID 2307656, PMC 208620 (freier Volltext). 
7. ME Martin, BR Byers, MO Olson, ML Salin, JE Arceneaux, C Tolbert: A Streptococcus mutans superoxide dismutase that is active with either manganese or iron as a cofactor. In: J. Biol. Chem. 261. Jahrgang, Nr. 20, Juli 1986, S. 9361–7, PMID 3722201 (@1@2Vorlage:Toter Link/www.jbc.orgjbc.org (Seite nicht mehr abrufbar. Suche in Webarchiven)). 
8. 147450 OMIM
9. UniProt P00441
10. Y. Furukawa et al.: Complete loss of post-translational modifications triggers fibrillar aggregation of SOD1 in familial form of ALS. In: J. Biol. Chem., 283/35, 2008, S. 24167–24176. PMID 18552350 – doi:10.1074/jbc.M802083200
11. L. Banci et al.: SOD1 and amyotrophic lateral sclerosis: mutations and oligomerization. In: PLoS ONE, 3, 2008, S. E1677-E1677. PMID 18301754; doi:10.1371/journal.pone.0001677