Enzýmové antioxidanty (odborný článok)

Superoxiddismutáza (SOD, EC 1.15.1.1)

Superoxiddismutáza patriaca do triedy oxidoreduktáz, katalyzuje dismutáciu O2·- na molekulový O2 a H2O2 (následne rozložený katalázou). Uvedený metaloproteín obsahuje v aktívnom centre jeden alebo dva rôzne atómy prechodného kovu (v určitom oxidačnom stupni). Z fylogenetického hľadiska je SOD veľmi starým enzýmom, zohrávajúcim nezastupiteľnú úlohu v živých organizmoch.

Superoxiddismutáza tvorí v ľudskom organizme tri izoformy, ktoré sa líšia prítomnosťou kovu v aktívnom centre, počtom podjednotiek, aminokyselinovým zložením apoenzýmu, citlivosťou na inhibítory a ďalšími vlastnosťami. Sú to:

1. Cu/Zn superoxiddismutáza (Cu/Zn-SOD, SOD1)

Skladá sa z dvoch identických podjednotiek, z ktorých má každá molekulovú hmotnosť 16 000 a v každej sa vyskytuje jeden atóm Cu a jeden atóm Zn. Uvedená izoforma SOD sa vyskytuje v cytoplazme a v malom množstve v intermembránovom priestore mitochondrií. Pri pH v rozmedzí 4,5-9,5 katalyzuje SOD1 dismutáciu O2·- na neradikálové molekuly O2 a H2O2. Prenos elektrónu z jednej molekuly O2·- na druhú molekulu zabezpečuje atóm Cu. Atóm Zn má stabilnú funkciu a katalázy sa nezúčastňuje.

2. Mn-superoxiddismutáza (Mn-SOD, SOD2)

Je zložená zo štyroch podjednotiek s molekulovou hmotnosťou okolo 20 000. Uvedený enzým je menej stabilný ako Cu/Zn-SOD. Mn-SOD je citlivejšia na zmeny pH, a preto je jej izolácia v natívnom stave náročnejšia. Mn-superoxiddismutáza je ochranným enzýmom mitochondrií, ktoré obsahujú genetické informácie bunky a sú mikroelektrárňami na výrobu energie. Mechanizmus dismutácie je v prípade SOD2 podobný ako pri SOD1, ale redoxný cyklus sa pravdepodobne uskutočňuje cez viac medzistupňov ako pri Cu/Zn-SOD.

3.Extracelulárna superoxiddismutáza (EC-SOD) 

Je hlavným izoenzýmom SOD, ktorý sa nachádza v extracelulárnych tekutinách a extracelulárnom priestore. Molekula EC-SOD má štyri podjednotky (tetramér) a jej celková molekulová hmotnosť je 135 000. Každá podjednotka enzýmu obsahuje jeden atóm Cu(II) a jeden atóm Zn(II). Napriek tomu, že sa tento enzým izoloval z krvnej plazmy, dnes sa predpokladá, že EC-SOD produkujú bunky endotelu. Extracelulárna SOD sa vo väčšom množstve vyskytuje v pľúcach a štítnej žľaze. Jej biologický význam však doposiaľ nie je známy. Predpokladá sa, že EC-SOD je významným modulátorom aktivity NO a reaktívnych metabolitov NO., ktoré pôsobia na relaxáciu hladkého svalstva.

Glutatiónperoxidáza

Glutatiónperoxidáza sa vyskytuje iba v živočíšnych bunkách. Je hlavným antioxidačným enzýmom v mitochondriách. Uvedený enzým v spolupráci s GSH katalyzuje rozklad H2O2 na H2O, príp. alkohol.

Rozlišujeme dve formy glutatiónperoxidázy, a to: Se-nezávislá a Se-závislá glutatiónperoxidáza, ktoré sa od seba odlišujú počtom podjednotiek, väzbou Se v aktívnom centre a katalytickým mechanizmom.

1. Glutatiónperoxidáza nezávislá od Se (glutatión-S-transferáza, GST; EC 2.5.8.18)

Katalyzuje detoxikáciu rôznych xenobiotík. Atóm Se (II) sa v tomto prípade nezúčastňuje katalytického mechanizmu.

2. Glutatiónperoxidáza závislá od Se (GPx; EC 1.11.1.9)

Skladá sa zo štyroch podjednotiek, z ktorých každá obsahuje v aminokyseline selenocysteín jeden atóm Se v aktívnom centre. Uvedený enzým je prítomný v cytoplazme a mitochondriách rôznych buniek; napr. v pečeni bola zistená vysoká aktivita GPx, v srdci, pľúcach a mozgu stredná aktivita a nízka aktivita GPx sa dokázala vo svaloch.

U ľudí sa dokázali štyri gény pre štyri rozdielne Se-závislé GPx: cytoplazmatická GPx, plazmatická GPx (GPx-P), gastrointestinálna GPx(GPx-GI) a fosfolipidhydroperoxidglutatiónperoxidáza (GPGPx). Uvedené enzýmy redukujú prostredníctvom dvoch elektrónov peroxidy za tvorby selenolov (-Se-OH).

Selenoly sa ďalej redukujú prostredníctvom dvoch molekúl GSH späť na –SeH. Antioxidačný význam týchto selenoenzýmov spočíva v tom, že eliminujú peroxidy ako potenciálne substráty pre Fentonovu reakciu. Počas redoxných reakcií prenášajú dva elektróny, takže je zamedzená tvorba O2·- z O2, ktorého vznik potrebuje iba jeden elektrón.

Glutatióntransferázy (GST, EC 2.5.1.18)

Glutatióntransferázy sú cytoplazmatickými enzýmami, katalyzujúcimi konjugačnú reakciu, pri ktorej je sulfohydrylová skupina GSH naviazaná na elektrofilnú organickú látku. Uvedeným spôsobom sú detoxikované niektoré, pre ľudský organizmus cudzorodé látky, t.j. xenobiotiká. V posledných rokoch sa ukázalo, že GST chránia bunky pred následkami spôsobenými peroxidáciou lipidov. Ich produktom je 4-hydroxynonenal, ktorý je prostredníctvom konjugácie s GSH inaktivovaný, a tak vylúčený von z tela. Glutatión je navyše spotrebovaný aj pri odstraňovaní produktov lipoperoxidácie, teda nepôsobí iba pri ochranných redukčných reakciách.

Kataláza (KAT, EC 1.11.1.6)

Kataláza je veľmi rozšíreným enzýmom, ktorým disponuje väčšina aeróbnych organizmov (s výnimkou niektorých baktérií a rias). U živočíchov sa KAT vyskytuje hlavne v pečeni a erytrocytoch, v menšom množstve sa nachádza v mozgu, srdci a kostrových svaloch. Kataláza sa viaže v bunkách živočíchov a rastlín na intracelulárne štruktúry, peroxizómy.

Kataláza má molekulovú hmotnosť 240 000 a štyri tetraédricky usporiadané podjednotky, z ktorých každá obsahuje v aktívnom centre hem s koordinovaným atómom Fe(III). Na každú takúto podjednotku sa viaže jedna molekula NADPH. Disociácia podjednotiek spôsobuje stratu aktivity uvedeného enzýmu. Kataláza katalyzuje rozklad H2O2 na H2O a O2, čím inaktivuje H2O2 v peroxizómoch.