スーパーオキシドジスムターゼ（SOD）またはスーパーオキシドオキシドレダクターゼは、その機能が酸素フリーラジカル、特にスーパーオキシドアニオンラジカルに対する好気性生物を守る主である自然界に遍在する酵素のファミリーです。
真核生物と原核生物の両方で有毒なフリーラジカルを酸素から除去するため、これらの酵素が触媒する反応は、呼吸（有酸素）が可能な事実上すべての細胞で発生し、生存に不可欠です。
Cu-Znスーパーオキシドジスムターゼ（SOD）のグラフィック表示（出典：ジャワハールスワミナタン氏とヨーロッパの生物情報学研究所のMSDスタッフ、ウィキメディアコモンズ経由）
動物の多くの病気はさまざまな活性酸素種の蓄積に関連しており、環境はスーパーオキシドジスムターゼの活性のおかげで克服される数多くの一定の種類の酸化ストレスを課すため、植物にも同じことが言えます。
この酵素のグループは、マッコードとフリドビッチによって1969年に発見され、それ以来、これらの酵素と生物で触媒する反応に関してかなりの進歩がありました。
特徴
スーパーオキシドジスムターゼは、スーパーオキシドラジカルと非常に高速で反応します。これは、これらの分子を除去するための非常に効果的な防御線に変換されます。
哺乳類では、少なくとも3つのアイソフォームが、それぞれSOD1、SOD2、およびSOD3として知られているスーパーオキシドジスムターゼについて記述されています。
これらのアイソフォームの2つは、触媒中心に銅原子と亜鉛原子があり、位置が互いに異なります。細胞内（サイトゾル、SOD1またはCu / Zn-SOD）または細胞外要素（EC-SODまたはSOD3）です。
前の2つとは異なり、SOD2またはMn-SODアイソフォームはマンガン原子を補因子として持ち、その位置は好気性細胞のミトコンドリアに制限されているようです。
SOD1アイソザイムは、主に細胞質ゾルに見られますが、核コンパートメントやリソソームでも検出されています。一方、SOD 3アイソザイムは、ヒトの血漿、リンパ液、脳脊髄液で報告されています。
これらのアイソフォームはそれぞれ異なる遺伝子によってコードされていますが、同じファミリーに属しており、その転写調節は本質的に、細胞外および細胞内の状態によって制御され、異なる内部シグナル伝達カスケードを引き起こします。
その他のスーパーオキシドジスムターゼ
銅および亜鉛またはマンガンイオンを所有する触媒部位を持つスーパーオキシドジスムターゼは哺乳類に固有のものではなく、異なるクラスの植物や細菌を含む他の生物にも存在します。
哺乳類には見られず、容易に認識できるスーパーオキシドジスムターゼの追加のグループがあります。これは、活性部位に、他のクラスのスーパーオキシドジスムターゼについて前述した3つのイオンの代わりに鉄を含むためです。
大腸菌では、鉄含有スーパーオキシドジスムターゼは、呼吸中に生成される酸素フリーラジカルの検出と排除にも関与するペリプラズム酵素です。この酵素は、多くの真核生物のミトコンドリアに見られるものと似ています。
植物には3種類の酵素があります：銅と亜鉛を含むもの（Cu / Zn-SOD）、マンガンを含むもの（Mn-SOD）、および活性中心とこれらの生物に鉄を含むもの（Fe-SOD）。それらは非植物性酵素の機能に類似した機能を発揮します。
反応
スーパーオキシドジスムターゼの基質はスーパーオキシドアニオンで、O2-として表され、酸素還元プロセスの中間化合物です。
それらが触媒する反応は、フリーラジカルが分子酸素と過酸化水素を形成するための変換（不均化）と広く見なすことができ、それぞれ媒体に放出されるか、他の酵素の基質として使用されます。
過酸化水素は、グルタチオンペルオキシダーゼとカタラーゼという酵素の作用により、細胞から除去することができます。これらは、細胞保護においても重要な機能を持っています。
構造
ヒトのスーパーオキシドジスムターゼアイソザイムは、特定の構造的側面で互いに異なる場合があります。たとえば、SOD1アイソエンザイムの分子量は32 kDaですが、SOD2とSOD3はそれぞれ分子量95と135 kDaのホモ四量体です。
スーパーオキシドジスムターゼの他のグループ、植物や哺乳類以外の生物に存在するFe-SODは、同一のサブユニットを持つ二量体酵素です。つまり、それらはホモ二量体です。
一部の植物では、これらのFe-SODに葉緑体への輸送用の推定N末端シグナル配列が含まれ、他の植物にはペルオキシソームへの輸送用のC末端トリペプチド配列が含まれているため、その細胞内分布が推定されます両方のコンパートメントに制限されています。
3種類のスーパーオキシドジスムターゼ酵素の分子構造は、本質的にアルファヘリックスとB折りシートで構成されています。
特徴
スーパーオキシドジスムターゼは、脂質過酸化、タンパク質変性、DNA変異誘発などの遊離酸素ラジカルが引き起こす可能性のある損傷から細胞、臓器、および体組織を守ります。
動物では、これらの反応種は心臓の損傷を引き起こし、老化を加速させ、炎症性疾患の発症に関与する可能性があります。
植物はまた、スーパーオキシドジスムターゼの必須酵素活性を必要とします。これは、環境内の多くのストレスの多い条件が酸化ストレス、つまり有害な反応種の濃度を増加させるためです。
ヒトおよび他の哺乳動物では、スーパーオキシドジスムターゼについて記載されている3つのアイソフォームは異なる機能を持っています。たとえば、SOD2アイソエンザイムは、細胞分化と腫瘍形成に関与しており、高酸素（高酸素濃度）による肺毒性からの保護にも関与しています。
病原菌の種によっては、SOD酵素が「毒性因子」として機能し、侵入プロセス中に直面する可能性のある多くの酸化ストレスバリアを克服することができます。
関連する病気
スーパーオキシドジスムターゼ活性の低下は、内部および外部の両方のいくつかの要因により発生する可能性があります。SOD酵素をコードする遺伝子の直接的な遺伝的欠陥に関連するものもあれば、調節分子の発現に関連する間接的なものもあります。
ヒトの多くの病理学的状態は、肥満、糖尿病、癌などを含むSOD酵素に関連しています。
癌に関して、３つの哺乳類スーパーオキシドジスムターゼ（ＳＯＤ１、ＳＯＤ２、およびＳＯＤ３）のいずれかの低レベルを保有する多数の癌性腫瘍タイプが存在することが決定されている。
スーパーオキシドジスムターゼ活性が防止する酸化ストレスは、変形性関節症、関節リウマチなどの他の関節病変にも関連しています。これらの疾患の多くは、TNF-α因子などのSOD活性を阻害する因子の発現に関係しています。
参考文献
- Fridovich、I.（1973）。スーパーオキシドジスムターゼ。アンヌ。Biochem。、44、147〜159。
- Johnson、F.、&Giulivi、C.（2005）。スーパーオキシドジスムターゼとその人の健康への影響。医学の分子的側面、26、340-352。
- オバリー、LW、およびブフトナー、GR（1979年）。癌におけるスーパーオキシドジスムターゼの役割：レビュー。Cancer Research、39、1141-1149。
- Taylor、P.、Bowler、C.、Camp、W。Van、Montagu、M。Van、Inzé、D。、およびAsada、K。（2012）。植物のスーパーオキシドジスムターゼ。植物科学の批評的レビュー、13（3）、37–41。
- Zelko、I.、Mariani、T.、&Folz、R.（2002）。スーパーオキシドジスムターゼ多重遺伝子ファミリー：CuZn-SOD（SOD1）、Mn-SOD（SOD2）、およびEC-SOD（SOD3）の遺伝子構造、進化、および発現の比較。Free Radical Biology&Medicine、33（3）、337–349。