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SOD酶

SOD酶的研究综述

摘要

超氧物歧化酶（SuperoxideDismutase简称SOD）是一种生物体内重要的抗氧化酶,它在生物界的分布极广,几乎从人到细胞,从动物到植物,都有它的存在。

本文综合概述了SOD酶的结构、化学特性，在动植物中的研究以及临床上的应用。

简单介绍了它的应用领域。

SuperoxideDismutaseisakindofimportantantioxidantenzymesinbiologicalbody.It'sawidedistributioninbiology,almostfromhumanbeingtocellandanimalstoplant.ThepapersummarizestheSOD'sstructure,chemicalproperties,researchinanimalsandplantsaswellasit’sclinicalapplication.Introduceditsapplicationfieldssimple.

关键词：

超氧物歧化酶（SOD酶）；结构；化学特性；应用领域

引言

SOD酶能消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质。

对人体不断地补充SOD具有抗衰老的特殊效果。

是生物体内清除自由基的首要物质。

现已证实，由氧自由基引发的疾病多达60多种。

SOD酶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，复原因自由基造成的对细胞伤害。

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！

1、SOD酶的分类

超氧化物歧化酶（SuperoxideDismutase），简称SOD，ECl.15.1.1。

SOD酶是一类金属酶，按金属辅基成分不同分为三类，第一类含Cu和Zn简称（CuZn-SOD）；第二类含Mn（Mn-SOD）；第三类含Fe（Fe-SOD）。

[1]

2、SOD酶的化学性质

当温度低于55度时,酶活保持稳定;在65度条件下加热15min,将保持70%的酶活性；到75度时酶活性急剧下降，几乎完全失去活性；在pH4~8的范围内,SOD酶活基本可以保持稳定,特别在pH6~8之间,酶活基本没有失。

蛋白酶E对YT-5的SOD酶活有一定的破坏作用。

在0.1mg/mL的蛋白酶E中,保存40min时,酶活可保持79.9%;60min时,酶活只残存64.9%;在1.0mg/mL的蛋白酶E中,保存30min时,酶活还有81.3%;保存60min时,基本丧失酶活。

[2]

3、SOD酶的生化遗传

颜勤等[3]采用聚丙烯酰胺梯度凝胶垂直电泳法，研究了草鱼线粒体型SOD酶的生化遗传。

结果发现草鱼fm-SOD是由细胞核DNA上的基因所编码而不是由线粒体DNA上的基因所编码的;草鱼fm-SOD由单个基因座位控制;至少存在两个有较明显差异等位基因;草鱼fm-SOD由两个亚基组成。

此外,草鱼fm-SOD对15%乙醇/25%氯仿混合物敏感而对过氧化氢具有一定的抗性,表明它为锰型的SOD（Mn-SOD）。

4、SOD酶的制备和研究动态

SOD酶可通过从酵母菌中制备而得到。

[4]李宏等[5]利用不同生物原料提取SOD（超氧化物歧化酶）的差异,采用有机溶剂处理,分离提取红酵母、啤酒酵母、香菇、平菇和毛霉菌体中的SOD,并以邻苯三酚自氧化法测定它们的活性。

结果表明,利用啤酒厂的废酵母提取SOD,不仅成本很低,而且酶活力高,可作为SOD工业化生产的最佳原料。

随着SOD酶对机体的有益作用越来越被人们所知晓，近年来SOD酶的研究和应用的广度和深度居各酶首位，医学、化妆品和保健食品都有许多专利和文献报道。

[6]

5、植物SOD酶的研究

植物由于其生长过程中相对固定不变的位置,在自然界中更易受到强光、干旱、高温、低温、辐射等各种外界因子的胁迫。

已知这些逆境条件,都能通过ROS的提高而对植物细胞带来伤害。

又因为农作物抗逆性是生产上倍受关注的问题,因而植物的SOD研究亦受到重视。

5.1、外界胁迫与体内SOD水平关系。

超氧化物歧化酶是通过催化O2-的岐化反应:

2O2-+2H+→H2O2+O2,将O2-歧化为过氧化氢（H2O2）和氧气（O2）,而H2O2又被抗坏血酸和过氧化氢酶（前者是主要的）分解为H2O和O2,从而解除O2-所造成的氧化胁迫。

[7]

（1）高低温：

王海娟提出随着污染经历的延长,各玉米种群的抵抗高低温胁迫的能力均有增加,玉米对污染及温度胁迫的适应呈现一定的协同性。

[8]

（2）酸雨：

酸雨和SO2复合影响使菠菜叶片的叶绿素含量降低,丙二醛含量和电导率增加,这种生理生化伤害包含着自由墓伤害机制,并与叶片中SOD醉活性密切相关。

SOD醉活性随模拟酸雨pH降低而逐步丧失,并且在复合污染pH3.6和单一酸雨污染pH2.8时,酶活性丧失近50%。

单一酸雨污染处理的菠菜叶片SOD酶活性显著高于复合污染处理的,而叶片细胞外渗液电导率显著低于后者,同时叶绿素和丙二醛含量也都表明,菠菜抗单一酸雨污染的能力强于复合污染。

若以SOD酶活性变化作为菠菜对污染的抗性指标,那么试验结果表明,菠菜能长期耐受pH≥3.6的酸雨和pH≥4.6+0.1ppmSO2的复合污染。

[9]（3）有害气体：

魏红梅报道了芦荟体内SOD酶对甲醛气体的胁迫存在着一定程度的生理应激反应,芦荟对室内甲醛污染存在一定程度的净化作用。

[10]（4）病害：

陈锦云等[11]有效而无毒的SOD在气候性等植病防护方面将有广泛的应用前景,有待在降低成本、丰富剂型和应用技术方面进一步研究。

5.2、转基因植物将外源SOD基因导入受体植物,增加其有关SOD基因的拷贝数,其主要意义在于:

（1）进一步证实植物耐受ROS的能力与其SOD活性之间的相关性;

（2）是研究基因表达调控的一种手段;（3）农作物品种的抗逆性改良。

[12]

5.3、植物中SOD酶活性的影响因素

谢晖[13]研究了大蒜生长过程中SOD酶活力的变化.分离提取不同生长阶段大蒜的SOD粗酶;测定大蒜生长过程中SOD活力变化,制定“活力—时间阶段”变化曲线,并研究曲线成因.通过组织或细胞破碎后,可用pH7.8磷酸缓冲液提取出.由于SOD不溶于丙酮,可用丙酮将其沉淀析出.结果表明大蒜中SOD酶活力值随生长过程,总体呈现上升趋势。

江萍等[14]报道植物喷施灵处理可显著增大其茎、根部SOD活性；SOD活性与北京桧柏的生理代谢以及抗逆性有关。

周玮等[15]的研究表明温度、pH、酶抑制剂H2O2和KCN均对转SOD基因烟草及其子代（S1和F1）的SOD活性有影响。

在这些不利条件下,转基因SOD高表达烟草品系的SOD耐性明显优于对照品系,且其S1、F1能很好地保持亲本的这种优势。

毛绍春等[16]利用正交法探讨了磷酸缓冲液用量、pH值、提取时间、丙酮用量对酸果蔓SOD酶提取率的影响,并用改良Marklund法测定了酸果蔓中SOD的活性,当在酸果蔓中加入1.5倍的磷酸缓冲液,pH7.8,提取2h,再用1倍体积的丙酮沉淀,酸果蔓中SOD酶粗品的提取率达0.95%;酸果蔓中SOD酶单位体积的活力为433.7U/mL。

酸果蔓中SOD酶含量高且活性强。

党元林等[17]研究了甲胺磷金属Cu（II）、Zn（II）、Ni（II）配合物对水稻幼苗SOD酶活性的变化。

当配合物浓度大于1.0·10-6mol·L-1时,对水稻幼苗SOD酶活力具有抑制作用;当配合物浓度1.0·10-7mol·L-1时,对水稻幼苗SOD酶活力具有激活作用。

6、动物SOD酶的研究

王奇等[18]报道野生蛹虫草菌丝体的SOD酶活力（64.3U/ml）明显高于子座的SOD酶活力（47.1U/ml）,培植蛹虫草菌丝体的SOD酶活力高于子座的SOD酶活力。

野生蛹虫草不同部位的SOD酶活力均高于培植蛹虫草的相应部位,但差距不大。

李灿[19]采用氯化硝基四氮唑蓝光还原法，研究药材甲、烟草甲、和咖啡豆象3种昆虫SOD酶的活性，分析该酶在CO2气调胁迫下的应激反应。

结果表明高浓度二氧化碳气调胁迫处理3、6h时，药材甲、烟草甲和咖啡豆象成虫SOD酶活力均有一定程度的持续升高，其中处理6h，其活力升高显著，分别由对照2．011±0．954、2．664±0．218、1．458±0．718U/（头•30min）上升到3．135±0．105、3．050±0．673、2．975±0．229U/（头•30min）。

因此在亚致死事件范围内，高浓度二氧化碳气调胁迫对中药材储藏期害虫SOD酶活力有一定激活作用。

研究结果可丰富气调杀虫机理及昆虫抗气性分析的理论体系。

张丹等[20]观察不同浓度OTG对小鼠免疫功能及SOD酶活性的影响。

结果表明，OTG液能明显提高小白鼠非特异免疫功能（P<0.05）；极显著提高特异性细胞免疫功能（P<0.01）及小鼠SOD酶活性（P<0.01）。

并呈剂量依赖关系。

赵群芬等[21]应用浸浴法研究多壁碳纳米管（MWCNTs）对鲤（Cyprinuscarpioio）腮、肝、肾和脑中超氧化物歧化酶（SOD）的影响，结果显示：

低浓度（0.1，1mg•L-1）处理组暴露后3d，腮和肝中的SOD活性显著高于对照组（p<0.01），肾和脑中SOD活性与对照组无显著差异（p>0.05）。

随着暴露时间延长，各组活性降低，至9d，肝和肾中SOD活性显著低于对照组（p<0.05），腮和脑中SOD活性与对照组无显著差异（p>0.05）。

高浓度（10mg•L-1）处理组，整个暴露期间，肝中SOD的活性显著低于对照组（p<0.01），脑中SOD的活性与对照组无显著差异（p>0.05），腮和肾中SOD活性在暴露后3d，与对照组无显著差异（p>0.05），暴露后6d、9d，活性显著低于对照组（p<0.05）。

杨洁等[22]运用电镜酶细胞化学技术显示：

高浓度cu“对罗氏沼虾体内3种组织细胞中SOD的表达具有显著抑制作用，可导致虾体免疫机能显著下降，从而出现组织细胞结构明显损伤．

7、SOD酶与人体健康的关系

目前,虽然对SOD添加于食品中的研究尚不多见,但SOD在食品中的营养保健作用却显而易见。

且SOD在治疗自身免疫病、组织缺血后重灌流损伤、肿瘤、老年性白内障、炎症及肺气肿等方面的研究正在深入。

[23]

（1）作为延衰食品：

金宗濂等[24]选择酸奶为载体,就SOD酶在酸奶中的活性保持及它对机体的延衰机理等方面进行了初步研究,以确认SOD酶作为延衰食品功能因子的可能性。

（2）与细胞凋亡的关系：

王裕玲等[25]为了研究SOD酶对胂化物诱导细胞凋亡的影响,通过加入外源性SOD和对胞液SOD的测量,结果发现胂化物引起细胞凋亡的过程,有氧自由基的参与,并且胂化物还导致细胞内SOD值的减少,可能是胂化物促进线粒体产生氧自由基,促进细胞凋亡,同时氧自由基与SOD反应,消耗一定量的SOD,从而使SOD值的降低,才导致了细胞内特别是线粒体中氧自由基大量聚集,启动了细胞凋亡过程,通过对SOD值的分析,说明SOD在细胞凋亡时对细胞具有保护作用,证明了氧自由基在细胞凋亡中的作用。

（3）：

与癌细胞毒性的关系：

由于SOD活性与DNA合成的变化密切相关,因而SOD活性的大小对癌细胞受DDC中毒时能否存活起重要作用。

[26]（4）与超氧阴离子自由基所引起的疾病的关系：

作为药用酶,超氧化物歧化酶（SOD）在治疗由超氧阴离子自由基所引起的疾病上有其独特的效力,这主要是由于SOD能清除氧自由基的缘故。

[27]（5）与癌症的关系：

肿瘤患者由于机体的缺血、缺氧,某些外界因素如手术、放化疗等均可使自由基产生增多,消耗SOD酶,使体内SOD酶活性减低,过多的自由基在组织中堆积,造成组织损伤。

[28]但是我们也应该看到,SOD也可能庇护了癌细胞,有些抗癌药物对癌细胞的疗效,却受到癌中SOD和过氧化氢酶的作用而减弱。

相反,若能抑制SOD的活性,则能加强癌细胞对氧毒性的敏感性。

[29]

8、SOD酶在临床上的应用

SOD是生物体内氧自由基的天然清除剂，具有广泛的医用价值，可作为药品、食品及日化产品的添加剂。

SOD被批准用于临床使用，它对一些由于年龄、疾病或伤害造成的组织硬化以及纤维化显示出强大的再生修复能力。

SOD已被成功地应用于放疗后的辅助治疗、控制心脏病人的进展、用于治疗严重的风湿性关节炎。

在丹麦，有人通过注射SOD治疗风湿性关节炎。

[30]

（1）可抑制心脑血管疾病：

机体的衰老与体内氧自由基的产生与积累密切相关，SOD可清除人体内过多的有害的氧自由，是对健康的有益的功效成分。

具有调节血脂的保健作用，可预防动脉粥样硬化，预防高血脂引起的心脑血管疾病。

降低脂质过氧化物的含量。

（2）抗衰老作用：

年龄的增长和某些体外因素会造成机体和皮肤组织自由基产生超过机体正常清除自由基的的能力，从而使皮肤组织造成伤害，导致衰老。

由于SOD能够清除自由基，因而可以延缓衰老。

（3）自身免疫性疾病：

SOD对各类自身免疫性疾病都有一定的疗效。

如红斑狼疮、硬皮病、皮肌炎等。

对于类风湿关节炎患者应在急性期病变未形成前使用，疗效较好。

（4）肺气肿：

肺气肿患者亦可使用SOD，但应在病变初期肺弹性纤维尚未受到损害时使用，疗效较好。

（5）辐射病及辐射防护：

本品可用来治疗因放疗引起的膀胱炎、皮肌炎、红斑狼疮及白细胞减少等疾病，对有可能受到电离辐射的人员，也可注射SOD作为预防措施。

（6）老年性白内障：

对这类疾病应在进入老年期前即开始经常服用抗氧化剂，或者说经常注射SOD。

如果一旦形成白内障，则除摘除外，用SOD治疗无效。

9、讨论

（1）SOD酶的应用范围很广，应该加大对其研究的力度，同时也要明白其利弊，不要盲目研究生产，要将它应用在最需要的地方。

（2）对SOD活性诱导的研究,可考虑一些典型植物,如典型的抗旱植物与典型的非抗旱植物,以保证观察对象的典型性;从进化角度考虑,抗旱植物如马齿苋等,其SOD诱导能力是在进化中形成的,是对某些生态位的适应,而且其SOD是否具一定的耐热性和抗蛋白水解的能力,在诱导方法上可以同时综合多种因素进行诱导。

（3）今后研究中还需要继续鉴定新的SOD分子,在广泛比较氨基酸序列的基础上,筛选稳定性好、疗效好的的SOD作为药物来源,或进行定点突变,对SOD进行蛋白质工程改造与生产。

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