As superóxidos dismutases (SOD) ou superóxidos oxidorredutases, são uma família de enzimas ubíquas na natureza, cuja função principal é defender os organismos aeróbios contra os radicais livres de oxigênio, principalmente os radicais aniônicos superóxidos.
A reação que essas enzimas catalisam ocorre em praticamente todas as células respiratórias (aeróbicas) e é essencial para sua sobrevivência, pois remove os radicais livres tóxicos do oxigênio, tanto em eucariotos quanto em procariotos.
Representação gráfica de uma Cu-Zn Superóxido Dismutase (SOD) (Fonte: Jawahar Swaminathan e equipe MSD do Instituto Europeu de Bioinformática via Wikimedia Commons)
Muitas doenças em animais estão relacionadas ao acúmulo de diferentes espécies reativas de oxigênio, e o mesmo vale para as plantas, uma vez que o meio ambiente impõe inúmeros e constantes tipos de estresse oxidativo que são superados graças à atividade das superóxido dismutases.
Este grupo de enzimas foi descoberto em 1969 por McCord e Fridovich e, desde então, avanços consideráveis foram feitos em relação a essas enzimas e às reações que elas catalisam nos seres vivos.
Caracteristicas
Superóxidos dismutases reagem com radicais superóxidos em taxas muito altas, o que se traduz em uma linha de defesa muito eficaz para a remoção dessas moléculas.
Em mamíferos, pelo menos três isoformas foram descritas para superóxido dismutase conhecido como SOD1, SOD2 e SOD3, respectivamente.
Duas dessas isoformas possuem átomos de cobre e zinco em seus centros catalíticos e diferem entre si em sua localização: intracelular (citosólica, SOD1 ou Cu / Zn-SOD) ou com elementos extracelulares (EC-SOD ou SOD3).
A isoforma SOD2 ou Mn-SOD, ao contrário das duas anteriores, tem um átomo de manganês como co-fator e sua localização parece estar restrita às mitocôndrias de células aeróbicas.
As isoenzimas SOD1 são encontradas principalmente no citosol, embora também tenham sido detectadas no compartimento nuclear e nos lisossomos. As isoenzimas SOD 3, por outro lado, foram descritas no plasma sanguíneo humano, linfa e líquido cefalorraquidiano.
Cada uma dessas isoformas é codificada por genes diferentes, mas pertencentes à mesma família e sua regulação transcricional é essencialmente controlada por condições extra e intracelulares, que desencadeiam diferentes cascatas de sinalização interna.
Outras superóxido dismutases
Superóxidos dismutases com sítios catalíticos que possuem íons cobre e zinco ou manganês não são exclusivos dos mamíferos, eles também estão presentes em outros organismos, incluindo plantas e bactérias de diferentes classes.
Existe um grupo adicional de superóxidos dismutases, que não são encontrados em mamíferos e que são facilmente reconhecíveis, uma vez que em seu sítio ativo contêm ferro em vez de qualquer um dos três íons previamente descritos para as outras classes de superóxidos dismutases.
Em E. coli, a superóxido dismutase contendo ferro é uma enzima periplasmática que também é responsável pela detecção e eliminação de radicais livres de oxigênio gerados durante a respiração. Esta enzima é semelhante à encontrada na mitocôndria de muitos eucariotos.
As plantas possuem os três tipos de enzimas: as que contêm cobre e zinco (Cu / Zn-SOD), as que contêm manganês (Mn-SOD) e as que contêm ferro (Fe-SOD) em seu centro ativo e nesses organismos. eles exercem funções análogas às das enzimas não vegetais.
Reação
Os substratos das superóxido dismutases são ânions superóxidos, que são representados como O2- e que são intermediários no processo de redução do oxigênio.
A reação que eles catalisam pode ser vista amplamente como a transformação (dismutação) de radicais livres para formar oxigênio molecular e peróxido de hidrogênio, que são liberados no meio ou usados como substrato para outras enzimas, respectivamente.
O peróxido de hidrogênio pode ser posteriormente eliminado das células graças à ação de qualquer uma das enzimas glutationa peroxidase e catalase, que também têm funções importantes na proteção celular.
Estrutura
As isoenzimas superóxido dismutases em humanos podem diferir umas das outras em certos aspectos estruturais. Por exemplo, a isoenzima SOD1 tem peso molecular de 32 kDa, enquanto SOD2 e SOD3 são homotetrâmeros de peso molecular de 95 e 135 kDa, respectivamente.
O outro grupo de superóxidos dismutases, os Fe-SODs presentes em plantas e organismos que não sejam mamíferos, são enzimas diméricas com subunidades idênticas, ou seja, são homodímeros.
Em algumas plantas, esses Fe-SOD contêm uma sequência de sinal N-terminal putativa para transporte em cloroplastos e outros contêm uma sequência tripeptídica C-terminal para transporte para peroxissomos, portanto, presume-se que sua distribuição subcelular é restrito a ambos os compartimentos.
A estrutura molecular dos três tipos de enzimas superóxido dismutase é essencialmente composta de hélices alfa e folhas dobradas em B.
Recursos
Superóxido dismutases defendem células, órgãos e tecidos corporais dos danos que os radicais livres de oxigênio podem causar, como peroxidação lipídica, desnaturação de proteínas e mutagênese do DNA.
Em animais, essas espécies reativas também podem causar danos ao coração, acelerar o envelhecimento e participar do desenvolvimento de doenças inflamatórias.
As plantas também requerem a atividade enzimática essencial da superóxido dismutase, uma vez que muitas condições estressantes no ambiente aumentam o estresse oxidativo, ou seja, a concentração de espécies reativas deletérias.
Em humanos e outros mamíferos, as três isoformas descritas para a superóxido dismutase têm funções diferentes. A isoenzima SOD2, por exemplo, participa da diferenciação celular e da tumorigênese e também da proteção contra a toxicidade pulmonar induzida por hiperóxia (concentração elevada de oxigênio).
Para algumas espécies de bactérias patogênicas, as enzimas SOD funcionam como "fatores de virulência" que lhes permitem superar muitas barreiras de estresse oxidativo que podem enfrentar durante o processo de invasão.
Doenças relacionadas
Uma diminuição na atividade da superóxido dismutase pode ocorrer devido a vários fatores, tanto internos quanto externos. Alguns estão relacionados a defeitos genéticos diretos nos genes que codificam as enzimas SOD, enquanto outros podem ser indiretos, relacionados à expressão de moléculas regulatórias.
Um grande número de condições patológicas em humanos está relacionado às enzimas SOD, incluindo obesidade, diabetes, câncer e outros.
Com relação ao câncer, foi determinado que há um grande número de tipos de tumor cancerígeno que possuem níveis baixos de qualquer uma das três superóxido dismutases em mamíferos (SOD1, SOD2 e SOD3).
O estresse oxidativo que a atividade da superóxido dismutase previne, também está associado a outras patologias articulares, como osteoartrite, artrite reumatóide. Muitas dessas doenças têm a ver com a expressão de fatores que inibem a atividade da SOD, como o fator TNF-α.
Referências
- Fridovich, I. (1973). Superóxido Dismutases. Annu. Rev. Biochem., 44, 147-159.
- Johnson, F., & Giulivi, C. (2005). Superóxido dismutases e seu impacto na saúde humana. Molecular Aspects of Medicine, 26, 340-352.
- Oberley, LW, & Bueftner, GR (1979). Papel da Superóxido Dismutase no Câncer: Uma Revisão. Cancer Research, 39, 1141-1149.
- Taylor, P., Bowler, C., Camp, W. Van, Montagu, M. Van, Inzé, D., & Asada, K. (2012). Superóxido Dismutase em Plantas. Critical Reviews in Plant Sciences, 13 (3), 37-41.
- Zelko, I., Mariani, T., & Folz, R. (2002). Família multigênica de superóxido dismutase: uma comparação das estruturas, evolução e expressão gênicas CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2) e EC-SOD (SOD3). Free Radical Biology & Medicine, 33 (3), 337-349.