Superóxido dismutasa

La enzima superóxido dismutasa (SOD) cataliza la dismutación de superóxido en oxígeno y peróxido de hidrógeno. Debido a esto es una importante defensa antioxidante en la mayoría de las células expuestas al oxígeno. Una de las excepciones se da en Lactobacillus plantarum y en lactobacilli relacionados que poseen un mecanismo diferente.

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Reacción

La dismutación catalizada por SOD del superóxido puede representarse como las siguientes semireacciones:

• M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ − SOD + O₂⁻ → Mⁿ⁺ − SOD + O₂
• Mⁿ⁺ − SOD + O₂⁻ + 2H⁺ → M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺ − SOD + H₂O₂.

donde M = Cu (n=1) ; Mn (n=2) ; Fe (n=2) ; Ni (n=2).

En esta reacción el estado de oxidación del catión metálico oscila entre n y n+1.

Tipos

General

Existen varias formas comunes de SOD: son proteínas con cofactores como cobre, zinc, manganeso, hierro o niquel.

• El citosol de practicamente todas las células eucariotas contiene una enzima SOD con cobre y zinc (Cu-Zn-SOD). (Por ejemplo, la Cu-Zn-SOD disponible comercialmente es purificada normalmente de eritrocitos de bovinos: PDB 1SXA, EC 1.15.1.1). La enzima de Cu-Zn es un homodímero de peso molecular 32,5 kDa. Las dos subunidades estan unidas por interacciones hidrofóbicas y electrostáticas. Los ligandos de cobre y zinc son cadenas laterales de histidina.
• Mitocondrias de hígado de pollo (y casi todos los demás) y muchas bacterias (e.g. E. coli) contienen una forma con manganeso (Mn-SOD). (Por ejemplo la Mn-SOD que se encuentra en las mitocondrias humanas: PDB 1N0J, EC 1.15.1.1). Los ligandos de los iones de manganeso son tres cadenas laterales de histidina, una de aspartato y una molécula de agua o un ligando hidroxilo dependiendo del estado de oxidación del Mn (II y III respectivamente).
• E. coli y muchas otras bacterias contienen una forma de la enzima con hierro (Fe-SOD); algunas bacterias contienen Fe-SOD, otras Mn-SOD, y algunas contienen ambas. (Para la E. coli Fe-SOD: PDB 1ISA, EC 1.15.1.1). Los sitios activos de las superóxido dismutasas de Mn y Fe contienen el mismo tipo de cadenas laterales de aminoácidos.

Hombre

En humanos existen tres formas de superóxido dismutasa. SOD1 se encuentra en el citoplasma, SOD2 en las mitocondrias y SOD3 en el líquido extracelular. La primera es un dímero (consiste en dos subunidades), mientras que las otras son tetrámeros (cuatro subunidades). SOD1 y SOD3 contienen cobre y zinc, mientras que SOD2 tiene manganeso en su centro reactivo. Los genes se encuentran localizados en los cromosomas 21, 6 y 4, respectivamente (21q22.1, 6q25.3 y 4p15.3-p15.1).

Hay disponibles placas para ensayos de microtitulación de SOD.^[1]  

Bioquímica

La SOD protege a la célula de las reacciones dañinas del superóxido. La reacción de superóxido con especies no radicales no es permitida por spin según las reglas de selección. En sistemas biológicos esto significa que sus principales reacciones son con si mismo (dismutación) o con otro radical biológico como el óxido nítrico (NO). El anión radical de superóxido (O₂^-) espontáneamente dismuta a O₂ y peróxido de hidrógeno (H₂O₂) de forma bastante rápida (~10⁵ M^-1 s^-1 a pH 7). SOD es biológicamente necesaria porque el superóxido reacciona aún más rápido con algunos blancos como el radical de NO, que forma peroxinitrito. De forma similar, la tasa de dismutación es de segundo orden con respecto a la concentración inicial de superóxido. Aunque la vida media del superóxido es muy corta en concentraciones muy elevadas (e.g. 0,05 segundos a 0,1mM) es bastante larga en bajas concentraciones (e.g. 14 horas a 0,1 nM). En contraste, la reacción de superóxido con SOD es de primer orden con respecto a la concentración de superóxido. Además, la SOD tiene el mayor número de recambio (tasa de reacción con su sustrato) de ninguna enzima conocida (~10⁹ M^-1 s^-1), esta reacción está solamente limitada por la frecuencia de colisiones de la enzima con el superóxido. Es decir, la tasa de reacción está limitada por la difusión.

Fisiología

Superóxido es una de las principales especies reactivas del oxígeno en la célula y la SOD tiene un papel fundamental como antioxidante. La importancia fisiológica de la SOD es ilustrada por las severas patologías que se evidencian en ratones genéticamente modificados para que carezcan de esta enzima. Los ratones sin SOD2 mueren a los pocos días de nacer por estrés oxidativo masivo.^[2] Los ratones sin SOD1 desarrollan una gran variedad de patologías, incluyendo hepatocarcinoma,^[3] una acelerada pérdida de masa muscular relacionada con la edad,^[4] una temprana incidencia de cataratas y una esperanza de vida reducida. Los ratones carentes de SOD3 no muestran deficiencias obvias y tienen una esperanza de vida normal.^[5]

Papel en las enfermedades

Las mutaciones en la primera enzima SOD (SOD1) se han relacionado con la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Las otras dos tipos de enzimas no se han relacionado con ninguna patología conocida, sin embargo en ratones la inactivación de SOD2 provoca la muerte perinatal^[2] e inactivación de SOD1 causa hepatocarcinoma.^[3] Las mutaciones en SOD1 pueden provocar ELA a través de un mecanismo que aún no es comprendido, pero que no se debe a una pérdida de la actividad enzimática. La sobreexpresión de SOD1 se ha relacionado con el síndrome de Down.^[6] La droga antiinflamatoria "Orgotein" contiene superóxido dismutasa purificada de hígado bovino.

Uso en cosméticos

La SOD es usada en productos comésticos para reducir el daño de los radicales libres a la piel, por ejemplo para reducir la fibrosis que se produce como consecuencia de la radioterapia. Estos estudios deben ser considerados como tentativos ya que no han habido controles adecuados en los estudios, incluyendo la falta de ensayos de aleatoriedad, doble ciego o placebo.^[7] Se sabe que la superóxido dismutasa revierte la fibrosis,^[8] posiblemente a través de la reversión de los miofibroblastos de nuevo a fibroblastos

Véase también

• Catalasa
• Peroxidasa

Referencias

Enlaces externos

• OMIM 105400 (ELA)
• Resumen general de SOD y su literatura.
• Damage-Based Theories of Aging Incluye una discusión de los roles de SOD1 y SOD2 en el envejecimiento.
• SOD and Oxidative Stress Pathway Image
• Historical information on SOD research"The evolution of Free Radical Biology & Medicine: A 20-year history" y "Free Radical Biology & Medicine The last 20 years: The most highly cited papers"
• JM McCord discute el descubrimiento de SOD