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SOD活性 かっせい と寿命 じゅみょう との関係 かんけい
スーパーオキシドディスムターゼ (Superoxide dismutase, SOD ) は、細胞 さいぼう 内 うち に発生 はっせい した活性 かっせい 酸素 さんそ を分解 ぶんかい する酵素 こうそ である[2] 。酸素 さんそ 消費 しょうひ 量 りょう に対 たい するSODの活性 かっせい の強 つよ さと、寿命 じゅみょう に相関 そうかん があると言 い われるが、これは体重 たいじゅう に対 たい して消費 しょうひ する酸素 さんそ の量 りょう が多 おお い動物 どうぶつ 種 しゅ ほど寿命 じゅみょう が短 みじか くなるはずのところを、SODが活性 かっせい 酸素 さんそ を分解 ぶんかい することで寿命 じゅみょう を延 の ばしているとするものであり、動物 どうぶつ の中 なか でも霊長 れいちょう 類 るい 、とくにヒト はSODの活性 かっせい の高 たか さが際立 きわだ ち、ヒトが長寿 ちょうじゅ である原因 げんいん のひとつとされている[3] 。
SODは、スーパーオキシドアニオン (・O2 - )を酸素 さんそ と過酸化水素 かさんかすいそ へ不 ふ 均 ひとし 化 か する酸化 さんか 還元 かんげん 酵素 こうそ である。活性 かっせい 中心 ちゅうしん に銅 どう (II)イオン と亜鉛 あえん (II)イオン(Cu, ZnSOD)、またはマンガン (III)イオン(MnSOD)や鉄 てつ (III) イオン(FeSOD)のように二 に 価 か または三 さん 価 か の金属 きんぞく イオンを持 も った酵素 こうそ で、細胞 さいぼう 質 しつ (Cu, ZnSOD) やミトコンドリア(MnSOD)に多 おお く局在 きょくざい している。酸化 さんか ストレス を減少 げんしょう させる役割 やくわり を持 も つ。最近 さいきん 、ニッケル を持 も つ酵素 こうそ (NiSOD)も発見 はっけん されている。生成 せいせい した過酸化水素 かさんかすいそ はカタラーゼ やペルオキシダーゼ などによって分解 ぶんかい される。
がん細胞 さいぼう では活性 かっせい 酸素 さんそ が高 こう 頻度 ひんど に産 さん 生 む されており、SODの阻害 そがい に感受性 かんじゅせい を示 しめ す場合 ばあい があるため、抗 こう がん剤 ざい の標的 ひょうてき として研究 けんきゅう が行 おこな われている。
SODの触媒 しょくばい 機能 きのう による活性 かっせい 酸素 さんそ の分解 ぶんかい 反応 はんのう の半 はん 反応 はんのう 式 しき は以下 いか の通 とお りである。
M
(
n
+
1
)
+
−
SOD
+
O
2
−
⟶
M
n
+
−
SOD
+
O
2
{\displaystyle {\ce {M^{({\mathit {n}}{+}1)}^{+}{-}SOD{+}O2^{-}->M^{{\mathit {n}}+}{-}SOD{+}O2}}}
M
n
+
−
SOD
+
O
2
−
+
2
H
+
⟶
M
(
n
+
1
)
+
−
SOD
+
H
2
O
2
{\displaystyle {\ce {M^{{\mathit {n}}+}{-}SOD\ +O2^{-}{+}2H^{+}->M^{({\mathit {n}}{+}1)}^{+}{-}SOD{+}H2O2}}}
ここで言 い うMは次 つぎ のとおり。M = Cu (n=1) ; Mn (n=2) ; Fe (n=2) ; Ni (n=2)
この反応 はんのう で、金属 きんぞく カチオン の酸化 さんか 状態 じょうたい はnとn+1の間 あいだ を変動 へんどう している。
これらの半 はん 反応 はんのう 式 しき をまとめると、以下 いか の反応 はんのう 式 しき で表 あらわ される。
2
O
2
−
+
2
H
+
⟶
O
2
+
H
2
O
2
{\displaystyle {\ce {2O2^- {+}2H^+ -> O2 {+}H2O2}}}
Irwin FridovichとJoe M. McCordによって発見 はっけん されたSOD酵素 こうそ 群 ぐん は以前 いぜん 、未知 みち の機能 きのう をもつ金属 きんぞく タンパク質 たんぱくしつ と考 かんが えられていた[4] 。SODにはいくつかの類型 るいけい があり、それらタンパク質 たんぱくしつ には銅 どう や亜鉛 あえん 、マンガン 、鉄 てつ またはニッケル が補 ほ 因子 いんし として含 ふく まれる。
ウシ亜 あ 科 か のCu-Zn SODサブユニット[5]
SODには金属 きんぞく 補 ほ 因子 いんし の種類 しゅるい により、Cu/Znタイプ(CuとZnの両方 りょうほう と結合 けつごう する)、Fe・Mnタイプ(FeとMnのどちらかと結合 けつごう する)、Niタイプ(Niと結合 けつごう する)の3つのタイプに大別 たいべつ される。
銅 どう /亜鉛 あえん - 主 おも に真 ま 核 かく 生物 せいぶつ に使 つか われるタイプ。事実 じじつ 上 じょう すべての真 ま 核 かく 細胞 さいぼう の細胞 さいぼう 質 しつ 基質 きしつ はCu-Zn-SODを含 ふく む。市販 しはん されているCu-Zn-SODは通常 つうじょう はウシ亜 あ 科 か の細胞 さいぼう から精製 せいせい されているものである。Cu-Zn-SODは分子 ぶんし 量 りょう 32,500のホモ二 に 量 りょう 体 たい である。ウシ亜 あ 科 か のCu-Zn-SODは1975年 ねん に初 はじ めて構造 こうぞう が解明 かいめい されたSODである[6] 。8本 ほん のストランドがグリークキー でβ べーた バレル を形成 けいせい した構造 こうぞう をしており、活性 かっせい 部位 ぶい はバレルと表面 ひょうめん ループとの間 あいだ にある。2つのサブユニットは主 おも に疎水 そすい 的 てき 、静電気 せいでんき 的 てき 相互 そうご 作用 さよう により背中合 せなかあ わせに強 つよ く結合 けつごう している。銅 どう および亜鉛 あえん は6個 こ のヒスチジン と1個 いっこ アスパラギン 酸 さん 側 がわ 鎖 くさり に配 はい 位 い しており、1つのヒスチジンは2つの金属 きんぞく 原子 げんし の間 あいだ で共有 きょうゆう されている[7] 。
鉄 てつ /マンガン - 原核 げんかく 生物 せいぶつ 、原生 げんせい 生物 せいぶつ およびミトコンドリア 内 うち で使 つか われるタイプ。
鉄 てつ - E. coli と多 おお くのバクテリア がFe-SODを含 ふく む。いくつかのバクテリアはFe-SODであるが、その他 た はMn-SODで、さらに両方 りょうほう 含 ふく むものもある。Fe-SODは植物 しょくぶつ の色素 しきそ 体 たい で見 み られる。立体 りったい 構造 こうぞう ではFeおよびMn-SODは同 おな じα あるふぁ ヘリックス の配置 はいち を持 も ち、その活性 かっせい 部位 ぶい のアミノ酸 あみのさん 側 がわ 鎖 くさり の配置 はいち も同 おな じである。
マンガン - 鶏 にわとり の肝臓 かんぞう のミトコンドリア と多 おお くのバクテリア がMn-SODを含 ふく む。Mn-SODはヒトのミトコンドリアでも見 み られる。マンガンイオンの配 はい 位 い 子 こ は3個 こ のヒスチジン側 がわ 鎖 くさり 、1個 いっこ のアスパラギン酸 さん 側 がわ 鎖 くさり と水 みず またはヒドロキシ配 はい 位 い 子 こ で、マンガンの酸化 さんか 数 すう (IIとIII)に依存 いぞん する[8] 。
ニッケル - 原核 げんかく 生物 せいぶつ に含 ふく まれる。右 みぎ 巻 ま きの4-ヘリックスバンドルからなる六 ろく 量 りょう 体 からだ 構造 こうぞう で、それぞれニッケルイオンをキレートするN末端 まったん フックを含 ふく む。
ヒト (すべての哺乳 ほにゅう 動物 どうぶつ と大 だい 部分 ぶぶん の脊椎動物 せきついどうぶつ も)では3種 しゅ のSODが存在 そんざい する。SOD1 は細胞 さいぼう 質 しつ 、SOD2 はミトコンドリア 、SOD3 は細胞 さいぼう 外 がい 空間 くうかん に存在 そんざい する。SOD1は2つのユニットからなる二 に 量 りょう 体 たい であるが、他 た の2種 しゅ は4つのユニットからなる四 よん 量 りょう 体 からだ である。SOD1とSOD3は銅 どう と亜鉛 あえん を含 ふく むのに対 たい し、SOD2はマンガンを活性 かっせい 中心 ちゅうしん に持 も つ。
^ PDB : 1VAR ; Borgstahl GE, Parge HE, Hickey MJ, Johnson MJ, Boissinot M, Hallewell RA, Lepock JR, Cabelli DE, Tainer JA (April 1996). “Human mitochondrial manganese superoxide dismutase polymorphic variant Ile58Thr reduces activity by destabilizing the tetrameric interface”. Biochemistry 35 (14): 4287–97. doi :10.1021/bi951892w . PMID 8605177 .
^ 伊藤 いとう 2007 , p.79
^ 伊藤 いとう 2007 , p.80
^ McCord JM, Fridovich I (1988). “Superoxide dismutase: the first twenty years (1968-1988)”. Free Radic. Biol. Med. 5 (5-6): 363–9. doi :10.1016/0891-5849(88)90109-8 . PMID 2855736 .
^ PDB : 2SOD ;Tainer JA, Getzoff ED, Beem KM, Richardson JS, Richardson DC (September 1982). “Determination and analysis of the 2 A-structure of copper, zinc superoxide dismutase”. J. Mol. Biol. 160 (2): 181–217. PMID 7175933 .
^ Richardson JS, Thomas KA, Rubin BH, Richardson DC (1975). “Crystal Structure of Bovine Cu,Zn Superoxide Dismutase at 3Å Resolution: Chain Tracing and Metal Ligands.” . Proc Nat Acad Sci USA 72 (4): 1349–53. doi :10.1073/pnas.72.4.1349 . PMC 432531 . PMID 1055410 . https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC432531/ . .
^ Tainer JA, Getzoff ED, Richardson JS, Richardson DC (1983). “Structure and mechanism of copper, zinc superoxide dismutase.”. Nature 306 (5940): 284–7. doi :10.1038/306284a0 . PMID 6316150 . .
^ PDB : 1N0J ; Borgstahl GE, Parge HE, Hickey MJ, Beyer WF Jr, Hallewell RA, Tainer JA (1992). “The structure of human mitochondrial manganese superoxide dismutase reveals a novel tetrameric interface of two 4-helix bundles.”. Cell 71 (1): 107–18. doi :10.1016/0092-8674(92)90270-M . PMID 1394426 .
伊藤 いとう 明夫 あきお 『細胞 さいぼう のはたらきがかわる本 ほん 』株式会社 かぶしきがいしゃ 岩波書店 いわなみしょてん 〈岩波ジュニア新書 いわなみじゅにあしんしょ 〉、2007年 ねん 。ISBN 978-4-00-500575-8 。