锌酶和超氧化物歧化酶
超氧化物歧化酶临床意义
超氧化物歧化酶临床意义
超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）是一种重要的抗氧化酶，参与细胞内清除超氧阴离子自由基的过程。
它具有显著的临床意义，主要体现在以下几个方面：
1. 抗氧化作用：SOD能够催化超氧阴离子自由基的歧化反应，将其转化为较稳定的氧气和过氧化氢，从而减少了细胞内氧化应激的程度。
这对于维持细胞内氧化还原平衡、保护细胞免受氧化损伤至关重要。
2. 炎症和免疫调节：SOD在炎症和免疫反应中发挥重要作用。
它可以减轻炎症反应引起的组织损伤，抑制炎症介质的产生和释放，调节免疫细胞的活性，从而具有抗炎和免疫调节的效应。
3. 神经保护：SOD在神经系统中发挥保护作用。
神经细胞易受氧化损伤的影响，而SOD能够清除过氧化物自由基，减少氧化应激对神经细胞的损害，从而具有神经保护的作用。
SOD的缺乏或功能异常可能与神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病等）的发生和发展有关。
4. 肿瘤相关：SOD在肿瘤的发生和发展中也有一定的关联。
一方面，SOD通过减少氧化应激和抑制DNA氧化损伤，具有一定的抗肿瘤活性。
另一方面，某些肿瘤细胞具有高水平的SOD表达，从而增强了其抗氧化能力，有助于肿瘤细胞的生存和生长。
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超氧化物歧化酶的形状
超氧化物歧化酶的形状
超氧化物歧化酶是一种金属酶，具体可以分为三种类型。
第一种是含铜（Cu）锌（Zn）金属辅基的超氧化物歧化酶（Cu.Zn—SOD），呈绿色，主要存在于机体细胞浆中。
第二种是含锰（Mn）金属辅基的超氧化物歧化酶（Mn—SOD），呈紫色，存在于真核细胞的线粒体和原核细胞内。
第三种是含铁（Fe）金属辅基的超氧化物歧化酶（Fe—SOD），呈黄褐色，存在于原核细胞中。
以上内容仅供参考，建议查阅关于超氧化物歧化酶的资料、文献，或者咨询生物学家，以获取更准确的信息。
几种抗氧化酶的作用
一.超氧化物歧化酶(SOD):超氧化物歧化酶，是一种新型酶制剂，是生物体内重要的抗氧化酶，广泛分布于各种生物体内，如动物，植物，微生物等。
SOD具有特殊的生理活性，是生物体内清除自由基的首要物质。
SOD在生物体内的水平高低意味着衰老与死亡的直观指标；现已证实，由氧自由基引发的疾病多达60多种。
它可对抗与阻断因氧自由基对细胞造成的损害，并及时修复受损细胞。
由于现代生活压力，环境污染，各种辐射和超量运动都会造成氧自由基大量形成；因此，生物抗氧化机制中SOD的地位越来越重要！超氧化物歧化酶(SOD)按其所含金属辅基不同可分为三种，第一种是含铜（Cu）锌（Zn）金属辅基的称（Cu.Zn—SOD），最为常见的一种酶，呈绿色，主要存在于机体细胞浆中；第二种是含锰（Mn）金属辅基的称（Mn—SOD），呈紫色，存在于真核细胞的线粒体和原核细胞内；第三种是含铁（Fe）金属辅基的称（Fe—SOD），呈黄褐色，存在于原核细胞中。
SOD是一种含有金属元素的活性蛋白酶。
超氧化物岐化酶（SOD）能催化如下的反应：O2-+H+→H2O2+O2，O2-称为超氧阴离子自由基，是生物体多种生理反应中自然生成的中间产物。
它是活性氧的一种，具有极强的氧化能力，是生物氧毒害的重要因素之一。
SOD是机体内天然存在的超氧自由基清除因子，它通过上述反应可以把有害的超氧自由基转化为过氧化氢。
尽管过氧化氢仍是对机体有害的活性氧，但体内的过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶（POD）会立即将其分解为完全无害的水。
这样，三种酶便组成了一个完整的防氧化链条。
目前，人们认为自由基（也称游离基）与绝大部分疾病以及人体的衰老有关。
所谓的自由基就是当机体进行代谢时，能夺去氧的一个电子，这样这个氧原子就变成自由基。
自由基很不稳定，它要在身体组织细胞的分子中再夺取电子来使自己配对，当细胞分子推陈出新一个电子后，它也变成自由基，又要去抢夺细胞膜或细胞核分子中的电子，这样又称会产生新的自由基。
超氧化物歧化酶
超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase）简称SOD，是一种广泛存在于自然界的生物酶，按所含金属种类不同可分为铜锌SOD、锰SOD和铁SOD三种。
现在市场上出售的SOD大多都从血液中提取，属铜锌SOD（Cu，Zn-SOD）。
Cu，Zn-SOD分子由两个亚基组成，每个亚基含有一个铜离子和一个锌离子，分子量在32000左右。
SOD是一种生物酶，其化学本质是蛋白质，国内外对其毒性进行了广泛的研究。
实验表明，它对人体无毒副作用，是一种纯天然的生物活性物质。
SOD除可从血液（如猪血、牛血）中提取外，还可从植物（如大豆、玉米、菠菜等）、微生物（如酵母）、动物组织（如肝脏、心脏）等生物资源获得。
此外，SOD还可通过基因工程的方法获得大量廉价的重组SOD。
华东理工大学袁勤生教授研究组已经成功地从大肠杆菌、酵母的工程菌中获得重组人SOD即（rhCu，Zn-SOD和rhMn-SOD）。
由于SOD是一种特殊的生物酶，因此具有许多特殊的功能，目前国内外应用主要集中在以下几方面：1. 作为药用酶原料研究表明，机体内由各种原因产生的过量自由基，尤其是超氧阴离子自由基（O2-），它与很多疾病如炎症、放射病、自身免疫性疾病、肿瘤及衰老等有关，而SOD是体内氧自由基的专一清除剂，因此，它在治疗自身免疫性疾病（如类风湿性关节炎、肺气肿、红斑狼疮等）、放射治疗、心血管疾病、延缓机体衰老等方面有明显的作用。
作为药用酶，牛血SOD在美国、德国、澳大利亚等国家已经有产品，商品名分别为Orgotein、Ormetein、Ontosein、Palosein和Paroxinorm等。
在我国，猪血来源肌注SOD也已经通过卫生部的新药评审。
2. 作为化妆品的添加剂根据衰老自由基学说，老化是由自由基的产生和清除功能发生障碍造成的结果。
在正常情况下，自由基的产生与清除处于平衡状态，但随着机体的衰老和外界因素的影响，这种平衡往往会被打破，多余的自由基就能通过多种渠道损伤机体。
几种抗氧化酶的作用
一.超氧化物歧化酶(SOD):超氧化物歧化酶，是一种新型酶制剂，是生物体内重要的抗氧化酶，广泛分布于各种生物体内，如动物，植物，微生物等。
SOD具有特殊的生理活性，是生物体内清除自由基的首要物质。
SOD在生物体内的水平高低意味着衰老与死亡的直观指标；现已证实，由氧自由基引发的疾病多达60多种。
它可对抗与阻断因氧自由基对细胞造成的损害，并及时修复受损细胞。
由于现代生活压力，环境污染，各种辐射和超量运动都会造成氧自由基大量形成；因此，生物抗氧化机制中SOD的地位越来越重要！超氧化物歧化酶(SOD)按其所含金属辅基不同可分为三种，第一种是含铜（Cu）锌（Zn）金属辅基的称（Cu.Zn—SOD），最为常见的一种酶，呈绿色，主要存在于机体细胞浆中；第二种是含锰（Mn）金属辅基的称（Mn—SOD），呈紫色，存在于真核细胞的线粒体和原核细胞内；第三种是含铁（Fe）金属辅基的称（Fe—SOD），呈黄褐色，存在于原核细胞中。
SOD是一种含有金属元素的活性蛋白酶。
超氧化物岐化酶（SOD）能催化如下的反应：O2-+H+→H2O2+O2，O2-称为超氧阴离子自由基，是生物体多种生理反应中自然生成的中间产物。
它是活性氧的一种，具有极强的氧化能力，是生物氧毒害的重要因素之一。
SOD是机体内天然存在的超氧自由基清除因子，它通过上述反应可以把有害的超氧自由基转化为过氧化氢。
尽管过氧化氢仍是对机体有害的活性氧，但体内的过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶（POD）会立即将其分解为完全无害的水。
这样，三种酶便组成了一个完整的防氧化链条。
目前，人们认为自由基（也称游离基）与绝大部分疾病以及人体的衰老有关。
所谓的自由基就是当机体进行代谢时，能夺去氧的一个电子，这样这个氧原子就变成自由基。
自由基很不稳定，它要在身体组织细胞的分子中再夺取电子来使自己配对，当细胞分子推陈出新一个电子后，它也变成自由基，又要去抢夺细胞膜或细胞核分子中的电子，这样又称会产生新的自由基。
超氧化物歧化酶3
超氧化物歧化酶3超氧化物歧化酶3（SOD3），也被称为抗氧化酶3，是一种重要的抗氧化酶。
它在人体中起着保护细胞免受氧化应激损伤的关键作用。
在接下来的段落中，我将详细介绍SOD3的功能、调节及其在疾病中的意义。
SOD3主要作用于细胞外，其主要功能是清除过氧化氢（H2O2）和超氧阴离子（O2-），这两种自由基均具有高度活性，对细胞膜、蛋白质和核酸等生物大分子具有损伤作用。
SOD3通过催化超氧阴离子自发地产生一种较稳定的氧分子和过氧化氢，从而保护细胞免受氧化损伤。
此外，SOD3还通过调节一氧化氮（NO）信号通路，参与调节血管舒张和收缩，维持血管稳态。
SOD3的表达和活性受到多种调控因素的影响。
一些研究发现，SOD3的表达可受到氧化应激、炎症因子、凋亡信号、氧化还原酶的调节，以及转录因子的调控等多种因素的调节。
另外，研究还发现，人体中SOD3基因的多态性与SOD3功能的差异有关。
某些基因多态性可能会导致SOD3的表达量和活性的改变，进而影响细胞和组织对自由基的适应能力。
SOD3在疾病中的意义也备受关注。
一些研究表明，SOD3的异常表达与多种疾病的发病和发展密切相关。
例如，一些神经退行性疾病包括阿尔茨海默病、帕金森病和肌萎缩侧索硬化症等，其发展过程中都伴随SOD3的异常表达和活性降低。
此外，心血管疾病、肺疾病、肾脏疾病和炎症性疾病等也与SOD3的异常表达有关。
针对SOD3的研究在医学领域具有重要的意义。
首先，了解SOD3在细胞氧化应激中的作用机制，可为开发新型的抗氧化治疗药物提供重要的理论基础。
其次，研究SOD3的表达调控机制，有助于预防和治疗与SOD3异常表达相关的疾病。
最后，通过监测SOD3的表达和活性变化，可以提供有关人体氧化应激状态的重要信息，对疾病诊断和治疗具有重要的临床意义。
总结而言，超氧化物歧化酶3（SOD3）是一种抗氧化酶，其在细胞外清除氧自由基，保护细胞免受氧化应激损伤。
SOD3的表达和活性受到多种调控因素的影响，其异常表达与多种疾病的发病和发展密切相关。
超氧化物歧化酶十大功效
超氧化物歧化酶十大功效超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）是一种重要的抗氧化酶，它能够将超氧自由基（superoxide anion, O2-）转化为氧气和过氧化氢，降低自由基反应对人体的损害，具有许多重要的生物学功能。
下面将会介绍超氧化物歧化酶的十大功效。
1. 抗氧化超氧化物歧化酶是细胞内最重要的抗氧化酶之一。
它能够将超氧自由基转化为更稳定的物质，降低自由基反应对细胞的损害，维护细胞内稳态。
2. 抗衰老超氧化物歧化酶能够减少自由基反应引起的细胞氧化损伤，从而减缓细胞老化过程。
3. 抗炎超氧化物歧化酶能够降解氧化还原复合物和过氧化氢，从而减少氧化损伤和炎症反应，并可以增强炎症反应的清除。
4. 抗肿瘤超氧化物歧化酶能够通过调节细胞生长、增殖和凋亡等途径，减少肿瘤细胞的生长和扩散，从而发挥抗肿瘤作用。
5. 促进免疫超氧化物歧化酶能够清除自由基和其他有害物质，从而降低细胞的应激反应和细胞凋亡，同时促进人体自身的免疫作用。
6. 增强心脏功能超氧化物歧化酶能够减少心肌缺血和再灌注损伤，改善心肌代谢和功能，从而增强心脏功能。
7. 保护神经系统超氧化物歧化酶能够清除自由基和其他有害物质，减少氧化损伤对神经细胞的伤害，保护神经系统的结构和功能。
8. 促进消化9. 促进睡眠超氧化物歧化酶能够减少自由基反应引起的身体新陈代谢和应激反应，促进身体的放松和休息，从而促进睡眠。
10. 促进肌肉生长超氧化物歧化酶能够增强肌肉细胞代谢和功能，促进肌肉的生长和修复，同时也有助于降低运动后肌肉的损伤。
总之，超氧化物歧化酶是一种重要的抗氧化酶，具有许多重要的生物学功能，可以对人体起到多种作用，如抗衰老、抗炎、抗肿瘤等。
人体超氧化物歧化酶低
人体超氧化物歧化酶低
人体超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）是一种重要的酶类抗氧化物质，它在细胞中起着保护作用，帮助中和有害的超氧阴离子（superoxide radicals）。
如果人体超氧化物歧化酶水平降低，可能会导致以下影响：
1.氧化应激：超氧阴离子是一种高度反应性的自由基，当其
积累而缺乏足够的SOD来中和时，可能会导致细胞和组织的氧化应激，使细胞受损。
这可能与一些疾病如癌症、心血管疾病、神经退行性疾病和炎症相关。
2.炎症反应：SOD对抗氧化应激并自然应答炎症反应。
低水
平的SOD可能导致炎症反应增强，使身体更容易受到炎症引起的损伤。
3.衰老：氧化应激与细胞衰老过程密切相关。
SOD的降低可
能加速细胞的衰老，导致身体组织和器官功能下降。
对于SOD低水平的情况，可以考虑以下措施：
1.饮食调整：增加摄入富含SOD协同物质的食物，如维生素
C、E、锌和铜等。
蔬菜、水果、坚果、谷物和海鲜等食物
中含有丰富的抗氧化剂，有助于提高抗氧化能力。
2.锻炼和减轻压力：适度的锻炼和压力管理可以提高体内的
SOD水平，减少氧化应激。
3.补充SOD：在一些情况下，可以考虑口服SOD补充剂，但
一定要在医生的指导下进行。
需要指出的是，如果有关于SOD水平的担忧，建议咨询医生以获取更准确的评估和建议。
医生可以根据的具体病情和身体状况，为提供更为个性化的治疗方案。
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亚基 α2 αβ α2 α4 α4 α2 α2
MnSOD
FeSOD
大肠杆菌 蓝藻类
CuZn-SOD的结构 牛红细胞CuZn-SOD的晶体结构 *分子由两个结构相同的亚基组成 每个亚基含1Cu1Zn 亚基呈圆筒状, 金属位置接近圆筒端面 *两个亚基经疏水作用力结合
金属辅基的作用 1. 稳定酶蛋白 2. Cu2+具有催化功能
CuZn-SOD活性中心的“咪唑桥”结构
催化机理
+ O2
SOD的种类与性质
种类
CuZnSOD
存在部位
哺乳动物的组织 酵母 绿色植物等 通气厌氧性杆菌 大肠杆菌 鸡的肝脏线粒体 酵母杆菌
金属含量 2Cu2Zn 1Cu2Zn 1.4Mn 2.1Mn 4Mn 1Fe 1Fe
分子量 32000 33100 39500 80000 96000 38700 37400
人体内CO2由组织经血液运输到肺部的三种形式 ①溶解的CO2 （8%） ②HCO3-离子(78%) 存在于: 血浆(主要)﹑血红细胞 ③氨基甲酸红蛋白(14%) Hb－NH2 + CO2 多肽链N末端 Hb－NH－COOH
三. 羧肽酶A Carboxypeptidase A
羧肽酶: 专一催化肽链C末端的肽键水解 羧肽酶A: 专一催化C末端氨基酸残基中含有芳香基
活性中心空穴结构 广泛存在氢键网络
可分为疏水区与亲水区两部分
疏水区
*由疏水性侧链芳香环簇组成 *稳定活性中心
亲水区 容纳非极性底物 *存在少量水分子
*可通过氢键结构传递质子
碳酸酐酶的结构与性质 3. Co(II)碳酸酐酶的电子光谱特征 及其在水溶液中的结构 Zn2+ ：3d10 无d-d电子跃迁吸收， 无磁性质
一种催化机理
超氧化物歧化酶 SOD Superoxide Dismutase
SOD 是一类金属酶 1. 含Cu和Zn CuZn-SOD CuZn 主要存在于真核细胞的细胞浆中 2. 含Mn Mn-SOD Mn 存在于真核细胞的线粒体和原核细胞中 3. 含Fe Fe-SOD Fe 只存在于原核细胞中 毒物清除过程 2O2-+ 2H+ ·O2H2O2 + O2 H2O + 1/2O2
109000 370000 180000 35000
2Zn 2Zn 2Zn 2Zn, 2Cu
大肠杆菌 大肠杆菌 病毒 哺乳动物 红细胞
DNA合成 RNA合成 DNA合成 2O2-+2H+ → H2O+O2
二. 最重要的锌酶—碳酸酐酶 Carbonic Anhydrase 1933, Meldrum和Roughton从血液中分离出一个 可逆催化CO2水合作用的酶—碳酸酐酶 1940, Keilin和Man制得纯碳酸酐酶, 确定含0.33%Zn 功能 最重要:催化CO2水合作用 迄今为止催化效率最高的酶 参与: 光合作用﹑钙化﹑维持pH ﹑离子输送等 有多种同功酶 结构相似﹑性质相近﹑功能相同
4Zn, 2NAD >2Zn, 2NAD
马肝 人肝 牛肝 牛心 酵母
R-CH2OH+NAD+ = p-CHO+NADH+H+
2-6Zn, 1NAD 1Zn, 1NAD 4-6Zn, 1FAD
酶
分子量
酶分子中 含锌和辅 基的数目
来源
生物学功能
DNA聚 合酶 RNA聚 合酶 RNA依 赖DNA 聚合酶 超氧化 物歧化 酶
嗜热菌 蛋白酶 氨肽酶 二肽酶
35000 300000 47200
1Zn, 2Ca 4-6Zn 1Zn 猪肾 猪肾
肽键水解 水解肽链N-末端 水解二肽
酶
分子量
酶分子中 含锌和辅 基的数目
来源
生物学功能
醇脱 氢酶
谷氨酸 脱氢酶 苹果酸 脱氢酶
D-乳酸 细胞色 素还原 酶
80000 87000 1000000 40000 50000
离子探针法 离子探针法 用光学活性离子取代光学惰性离子， 用光学活性离子取代光学惰性离子， 用 用 波谱方法测其结构， 波谱方法测其结构， 由此推知光学惰性离子 由此推知光学惰性离子 的结构。 的结构。
(1) 光谱特征
Co(II)-HCAB
八面体﹑四面体Co(II)络合物
吸收强度 → Co(II)为四面体构型 谱带结构 → 几何构型高度畸变 Co(II)所在活性部位的几何构型为高度畸变的四面体
(3) 碳酸酐酶的催化作用机理 IR光谱 → CO2处于活性中心，但不直接与Zn2+键合 锌-羟基机理 锌-羟基机理 配位水解离成 “ 羟合锌 ” 配位水解离成 “ 羟合锌 ” 配位羟基进攻 CO 配位羟基进攻 CO 22
碳酸酐酶的一种催化作用机理
-H
+
-HCO3-
碳酸酐酶将该反应速率提高了约7个数量级
羧 肽 酶 A 活 性 中 心 与 底 物 的 结 合
S 结合方式 E 静电 精氨酸Arg145带正电胍基 *C末端-COO－ *C末端芳香侧链 进入 疏水袋 *C末端肽键NH 氢键 酪氨酸Tyr248 酚羟基 *C末端肽键C=O 配位 Zn2+ 取代H2O
*侧链基团R2 可能氢键 酪氨酸Tyr198 酚羟基 *稍负电性肽键C=O 静电 精氨酸Arg71带正电胍基 *侧链基团R3 疏水键 苯丙氨酸Phe279 开始Arg145—C端-COO－ 胍基移向底物0.2 nm 触发Tyr248 由伸向外侧亲水表面反转伸向活性 中心底物肽键附近的疏水区 诱导契合过程 酚羟基移动1.2 nm 其他基团相应移动 使被催化基团定位于催化位点
碳酸酐酶的结构与性质 1.碳酸酐酶的酶蛋白为单一多肽链 259~260个氨基酸 M~30000 1个Zn2+ Zn2+的作用 脱去Zn2+: 酶活性降低 全脱去Zn2+: 酶无活性 蛋白质三级结构不变 Zn2+起催化作用, 无结构稳定作用
碳酸酐酶的结构与性质 2. 人碳酸酐酶的晶体结构 1972, 瑞典 S. Lindskoy 酶分子近似椭球状: 4×4.5 ×5.5 nm Zn2+位于接近分子中心的锥形腔体底部 腔体: 深~1.5 nm, 口宽~2 nm
或脂肪基的 脂肪基 L-氨基酸的肽键水解
羧肽酶A
单链蛋白 含307个氨基酸残基 1个Zn(II) M~34000
1. 结构 5 × 4.2 × 3.8 nm椭球体 Zn2+位于接近椭球表面的疏水沟槽中 Zn2+为活性部位 10个水分子被包围在酶结构中
Zn2+为四配位 高度畸变的 四面体 蛋白链中 水或底物 69, 196组氨酸 72谷氨酸 活性部位
锌
酶
和 超氧化物歧化酶
锌酶
酶 分子量 酶分子中 含锌和辅 基的数目 1 Zn 1Zn 6Zn 1Zn 碳酸酐酶 28000-30000 40000
140000-180000
一. 各类酶中都有锌酶
一些重要的锌酶 胞 鲨鱼红细胞 植物 哺乳动物胰脏
CO2的 可逆水合作用
羧肽酶A
(2) 溶液中的结构模型
Co(II)-HCAB在不同pH值下的 电子吸收光谱
*pH：9→6 两个长波长谱带消失 → 这两个吸收对pH极敏感 *λ=640nm 处吸收ε ~pH的变化曲线 相似于pka≈7.1弱酸的滴定曲线 弱酸 → 存在pka≈7.1的基团
许多大环Zn配合物中配位水的解离常数 pka7~8 配位水 Zn(II)－OH2 Zn(II)-OH- + H+ 键合羟基是比游离羟基 更强烈的亲核试剂
34300-36000
蛋白质或肽C-末 端氨基酸的水解 蛋白质或肽C-末 端氨基酸的水解
羧肽酶B
36000
1Zn
哺乳动物胰脏
酶
分子量
酶分子中 含锌和辅 基的数目 4Zn 1Zn
来源
生物学功能
碱性磷 酸酯酶 醛缩酶
89000 65000-75000
大肠杆菌 酵母
碳酸单酯水解
果糖1，6-二磷酸酯 = 二羟丙酮磷酸酯 +甘油醛-3-磷酸酯