建议关注超氧化物歧化酶

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1、超氧化物歧化酶简介
超氧化物歧化酶，是英文superoxide dismutase的缩写，简称SOD，是一种能够催化超氧化物通过歧化反应转化为氧气和过氧化氢的金属酶。 它有2个亚基，相对分子质量约32 000（Cu，Zn-SOD）。1938年Mann和Keilin首次从牛血红细胞中分离得到该酶, 1969年美国科学家Mccord及Fridovich发现该蛋白具有催化O2.发生歧化反应的功能,故将此酶命名为超氧化物歧化酶。
SOD按其金属辅基成分的不同，可分为三大类：铁超氧化物歧化酶（Fe-SOD）、锰超氧化物歧化酶（Mn-SOD）和铜锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）。它分布很广，动植物以及微生物中均有发现，真菌里一般含锰超氧化物歧化酶（Mn-SOD）和铜锌超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）。植物细胞中的Fe-SOD 主要存在于叶绿体中。大多数原始的无脊椎动物细胞中都存在Cu/Zn-SOD ，脊椎动物则一般含有Cu/Zn-SOD和Mn-SOD。人、鼠、猪、牛等红细胞和肝细胞中含Cu/Zn-SOD，且其主要存在于细胞质，同时也存在于线粒体内外膜之间。而从人和动物肝细胞中也纯化了Mn-SOD，其一般存在于线粒体基质中。
SOD是至今为止发现的唯一以自由基为底物的酶，能专一地清除生物氧化过程中产生的超氧阴离子自由基（O2-）。它是机体对抗自由基的第一道防线，在维持生物机体内自由基产生与清除的动态平衡过程中起着极其重要的作用。而自由基被称为是万病之源，清除自由基则具有预防和治疗疾病、延缓衰老等重大作用。正是由于SOD的这一特点，不少人认为SOD的发现具有里程碑意义，它可能是破解了衰老与疾病的终级密码，打开了人类的长寿之门。美国著名营养学家汉斯·卡特勒博士说，SOD是近10年来医药及营养学上最辉煌的发现。
我国对SOD研发也十分重视，SOD项目先后被列入国家发改委、科技部、商务部联合重点推进项目，是我国“十五”、“十一五”863计划的重大科研课题。
目前，科学家已从动物、植物和微生物中分离得到了SOD。
2、超氧化物岐化酶的作用机理
SOD 是一种重要的抗氧化剂，保护暴露于氧气中的细胞。其能够催化超氧化物通过歧化反应转化为氧气和过氧化氢主要通过以下两步完成：
M3 + + O2·+ H + →M2 + ( H + ) + O2
          M2 + ( H + ) + H + + O2· →M3 + + H2O2
这里 M 代表金属辅因子，M3+ 代表金属辅因子的最高价，M2+ 代表金属辅因子被氧化以后的价位。这种逐步递增机制从反应动力学来说，具有如下优点: 首先，一个分子反应能克服两个分子同时反应之间产生的静电排斥作用，且带正电荷的活性金属特异性结合带副电荷的超氧阴离子( O2·)。其次，活性位点的金属离子静电引力被一个质子吸收并保存，在这种机制中，歧化反应的产物是中性的，不互相约束。第三，第一步反应释放的能量能提供给第二步来还原超氧阴离子 ( O2·) ，然后 H2O2再被过氧化氢酶还原成 H2O。
3、超氧化物岐化酶的生产方式
目前 SOD 的生产方式主要有四种:
（1）用动物血液提取法。这是20世纪 90年代以前最常用的方法。这种方法存在交叉感染和过敏性反应等风险，欧盟已于1999 年颁布法令，禁止把从动物血液中提取的SOD用于人类的医疗和保健。
（2）从植物中提取。现已报道分别从大蒜、桑叶、沙棘、仙人掌、玉米和大豆中成功提取获得SOD。其提取方法主要有分步盐析法、有机溶剂沉淀法和层析法等。但植物中 SOD 含量较少，提取工艺相对复杂，这就使得 SOD生产成本相对较高。
（3）微生物发酵法生产 SOD。选育 SOD 高产菌株进行发酵生产是一种比较有效的方法，1997 年王岁楼等利用常规筛选方法自然筛选出1 株 SOD高产菌株，酶活可达 600 U/g 湿菌体，为 SOD 的工业化发酵生产打下了基础。吴思方等研究了从啤酒废酵母生产、提取和纯化SOD的方法及条件，得到比活为3048 U/mg的SOD。 微生物发酵技术生产SOD，不仅产量高，而且提取工艺简单，因而能大幅度降低SOD的生产成本。
（4）基因工程法是获得应用所需 SOD 产品有效途径。近年来，美国、日本、英国和德国相继开发了微生物基因工程产品，并进行了临床实验。施惠娟等分别以人胎肝组织及人肝细胞株( L02) 总 RNA 为模板，以 RT-PCR 法获得 hCu/Zn-SOD 和 hMn-SODcDNA，构建表达质粒 pETSOD，并导入 E．coil 细胞中使之表达，分别获得了38%和50%的高表达率且有活性。目前，国内外在基因工程生产 SOD方面均取得了可喜的成果。
4、超氧化物岐化酶的应用
（1）SOD 在医药上的应用。正常健康机体内自由基的形成和清除处于一种动态平衡中，但随着年龄的增长，体内SOD 的 含量呈下降趋势，相应的增长的自由基会破坏机体的平衡，使机体产生各种疾病。所以，保持体内适量的 SOD 是维护健康和延缓衰老的有效途径。SOD的缺少和活性降低是人类生老病死的根本原因。 根据这一原理，作为自由基清除剂之一的 SOD 现已被用于临床治疗研究，并取得一定的效果。甚至有专家称SOD酶是人类长寿唯一决定酶，是人体“抗衰之王”。
（2）与其他抗氧化剂一样,SOD可作为罐头食品、果汁、啤酒等的抗氧化剂,防止过氧化酶引起的食品变质及腐败现象，还可作为水果、蔬菜等的良好保鲜剂。由于绝大部分蔬菜、水果都含SOD,其中含量较高的有刺梨、香蕉、猕猴桃、菠萝、山楂、大蒜等,水果果皮中SOD活性明显高于果肉。水果中SOD活性在储藏期间均呈下降趋势。人们利用这些富含SOD
的原料开发了天然保健食品如芦荟汁、大蒜素、刺梨汁、菠萝汁、麦绿素等。另外,还可将SOD作为营养强化剂加入食品中制成新的保健食品。
（3）SOD 在农业上的应用。SOD 与植物生物和非生物胁迫抗性有很重要的关系。通过对水稻、狭叶羽扇豆、烟草等的研究结果看，在盐害环境下 SOD 活性升高。国外对小麦斑点病、黄瓜霜霉病、棉花黄萎病等也进行了研究，结果显示，凡感染病害的植株体内 SOD 活性都有所增强。光调节的发育过程包括发芽、茎的生长、叶和根的发育、向光性、叶绿素的合成、分枝及花的诱导等。在对红树林的研究中发现， 3d 的暗培养并没有使 SOD 的表达量发生变化，而 7d 暗培养后 SOD mRNA 表达量明显下降。无论 SOD 活性升高或是降低、 表达量增加还是减少，都会发现活性高的与表达量高的株系抗性较强。SOD 的表达量高低与活性的强弱都直接决定了植物的抗逆性。SOD 在植物基因工程中的应用广泛受到科研工作者的关注和重视，试图通过转 SOD 基因技术来培育高抗逆农作物新品种已成为国内外研究热点之一。2002 年克隆出了桃的 Mn-SOD基因。2006 年希腊克隆出了棉花的 Cu/Zn-SOD基因。我国也克隆出了水稻的 Fe-SOD 基因， 并且原核表达出了有活性的蛋白。这些研究都为利用培育高抗性的转基因植物提供了坚实的基础。
    （4）SOD在其他方面的应用。SOD既可以作为药用酶,也可作为化妆品的添加剂,国际生化委员会,美国联邦食品管理局称其为“抗衰因子”、“美容娇子”,具有抗衰老、防晒、抗炎等功效。SOD还可以加入到牙膏、漱口水、含片等中,对预防口腔疾病有一定的疗效。中国农业大学研制的SOD系列微生物制剂即益微SOD已被推广应用。
5、国内外超氧化物岐化酶研究现状
近几十年, SOD一直是国内外学者研究的热点。但他们的研究大多集中于从动物血液或脏器中提取SOD，易受原料来源、产品得率、稳定性及安全性等方面的限制。微生物具有原料便宜易得,可大规模生产的优势,因而,近些年很多学者都致力于用微生物发酵生产SOD的研究。上世纪80年代后,美国和日本已先后开发了用发酵法生产SOD,大大降低了生产成本。目前,国内外在微生物SOD的菌种选育、发酵工艺、分离提纯、生理学研究、基因克隆表达及SOD应用方面都取得了较大进展。
中国科学院微生物所从极端环境中筛选到一种耐热 产SOD 的菌株，该SOD 能耐高温，耐酸耐碱，稳定性强，已通过国家科技部验收并获得国家发明专利。该所已与湖南鑫亚农业科技发展有限公司合作生产销售耐热SOD酶。由中国科学院老专家技术中心领导的北京中科国发科学技术有限公司的控股企业北京奇化美生物科技有限公司，也在生产销售中国科学院微生物研究所专利技术成果-耐热SOD酶。