铜锌超氧化物歧化酶的研究进展

铜锌超氧化物歧化酶的研究进展

章轶锋１，唐善虎１，２＊，秦文玲１，张

巍１，谢

芳２

（１．成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都６１００５９；

２．西南民族大学生命科学与技术学院，四川成都６１００４１）

中图分类号：Ｏ６１１．６２

文献标识码：Ａ文章编号：１００１－８９６４（２００８）０１－００３３－０３

摘

要：铜锌超氧化物歧化酶是机体防御氧化损伤的一种十分重要的金属酶，能专一性地清除超氧阴离

子自由基（Ｏ２－．），在维持氧自由基平衡方面起着重要作用。本文综述了生物体内两种铜锌超氧化物歧化酶的分布、蛋白结构、生物学功能等方面的应用进展。

关键词：超氧化物歧化酶；蛋白结构；生物学功能

ＳＯＤ是广泛存在于生物体

核生物中，也存在有ＣｕＺｎ－ＳＯＤ。（Ａｒｇ１４１），对酶活力的维持起关中的一类金属酶，按金属辅基的ＥＣ－ＳＯＤ是１９８２年Ｍａｒｋｌｕｎｄ

键作用。

不同主要分为ＣｕＺｎ－ＳＯＤ、Ｍｎ－

等首先在动物血浆中发现的，在ＣｕＺｎ－ＳＯＤ高级结构的信

ＳＯＤ、Ｆｅ－ＳＯＤ和Ｎｉ－ＳＯＤ。已有

人体中主要分布在组织外基质息来源于Ｘ－射线衍射晶体结构研究表明，在生物体内存在着两和细胞表面上，是细胞外液如血分析。以牛红细胞ＣｕＺｎ－ＳＯＤ为种类型的铜锌超氧化物歧化酶：浆、淋巴液、关节液及脑脊液中例，该酶由两个结构相同的亚基一种是细胞内形式，叫细胞内铜最主要的ＳＯＤ同工酶，也是清构成，亚基结构核心是一个由八锌超氧化物歧化酶（ＣｕＺｎ－

除细胞外Ｏ２－．的主要酶。９８％以股反平行的β折叠和３个无代ＳＯＤ）；另一种是细胞外形式，称

上的ＥＣ－ＳＯＤ结合在细胞表面表性结构的环组成的具有拓扑之为细胞外铜锌超氧化物歧化和结缔组织基质中的硫酸乙酰性的桶（β桶），整个结构含α－酶（ＥＣ－ＳＯＤ），二者在催化歧化肝素上，ＥＣ－ＳＯＤＣ是主要的结螺旋较少。两个亚基之间通过非反应时有着相同的速率和相似合形式。在血浆、淋巴、关节液和共价键的疏水作用结合，两个

的动力学常数。本文对这两种酶脑脊液中，ＥＣ－ＳＯＤ的含量要少Ｃｕ原子之间相距３．３８ｎｍ，同一

在生物体内的分布、蛋白结构、得多。

亚基中Ｃｕ、Ｚｎ相距０．６３ｎｍ。

生物学功能等方面进行了综述。

２结构ＣｕＺｎ－ＳＯＤ的活性部分是一个

１铜锌ＳＯＤ的分布

２．１

ＣｕＺｎ－ＳＯＤ

一般由两个

椭圆形的口袋，Ｃｕ、Ｚｎ与６个组从ＳＯＤ的定向进化角度来

相同亚基构成，每个亚基含一个

氨酸（Ｈｉｓ）残基和１个天冬氨酸说，ＣｕＺｎ－ＳＯＤ是真核生物酶，Ｃｕ原子和一个Ｚｎ原子。ＣｕＺｎ－（Ａｓｐ）形成狭长的袋底，其中Ｃｕ主要存在于真核生物的细胞质、ＳＯＤ结构上的同源性表现为：与

原子分别与Ｈｉｓ４４、Ｈｉｓ４６、Ｈｉｓ６１、

植物叶绿体的基质和过氧化物金属辅基相连的氨基酸残基和Ｈｉｓ１１８配位，Ｚｎ则与Ｈｉｓ６１、酶体中。但研究发现，在某些原

参与肽链内部二硫键形成部位Ｈｉｓ６９、Ｈｉｓ７８和Ａｓｐ８１配位，

附近的氨基酸残基相同；富含甘Ｃｕ、Ｚｎ共同连接Ｈｉｓ６１组成“咪收稿日期：２００７－０９－２４

氨酸残基，它们的大量存在和均唑桥”结构。Ｃｕ靠近溶剂面，β基金项目：西南民族大学人才引进项匀分布有利于形成酶分子的高桶边缘的Ａｒｇ１４１有辅助引导底目

作者简介：章轶锋，男，硕士研究生，主级结构；氨基酸序列中都有一个物向Ｃｕ离子靠近的作用；Ｚｎ则要研究方向：食品生物技术及其应用。

位于分子结构表面的超可变区，包埋于疏水基团中，起稳定酶结＊通讯作者：唐善虎，教授，美国可能与免疫学性质有关；羧基末构的作用。半胱氨酸Ｃｙｓ５５和

Ａｒｋａｎｓａｓ大学仪器科学博士，主要从

端有一序列同源性很高的区域，Ｃｙｓ１４４－ＳＨ基之间形成的二硫

事食品科学及食品生物技术研究。

在此区域有一个精氨酸

键是ＣｕＺｎ－ＳＯＤ中唯一的一对

四川畜牧兽医・２００８・０１期・总第２０７期

综述

１

Ｉ

ＹＵＯＨＳＭＵＸＵＡＮＵＨＣＩＳ编

辑曾宪春

３３

链内二硫键，对维持酶结构的稳定也起着重要作用。

都可以耐受极端ｐＨ、高温以及强变性剂如尿素、盐酸胍。在活性中心中，Ｚｎ存在于蛋白内部，不参与活性反应；Ｃｕ则在反应中起重要作用。

要作用是稳定活性中心。

３生物学功能

综述

２．２ＥＣ－ＳＯＤ这是一种分泌ＳＯＤ是机体活性氧清除反

应过程中第一个发挥作用的抗氧化酶，对防止氧自由基破坏细胞的组成、结构和功能，保护细胞免受氧化损伤具有十分重要的作用。作为生物体细胞中最主要的抗氧化酶，ＳＯＤ是通过催化下列反应：Ｏ２－．＋Ｏ２－．＋２Ｈ＋→Ｈ２Ｏ２＋

ＳＯＤ

型糖蛋白，一般由４个相同亚基组成，每个亚基含有一个Ｃｕ原子和一个Ｚｎ原子，双亚基间通过半胱氨酸的二硫键连接。人

２．２．３Ｃ－末端在Ｃ－末端的

１

ＳＩＣＨＵＡＮＸＵＭＵＳＨＯＵＹＩ

２６个氨基酸中含有６个Ａｒｇ和３个Ｌｙｓ及其他亲水性氨基酸，

因此这一部分是暴露在溶剂中的。二级结构的预测和分析均表明这部分也是α－螺旋。Ｃ－末端主要表现为对肝素和Ⅰ型胶原蛋白的亲和力，使ＥＣ－ＳＯＤ可以结合于细胞间质上。由于含有较多的Ａｒｇ和Ｌｙｓ，所以Ｃ－末端较易被水解。早在１９８７年，Ｔｉｂｅｌｌ等对ＥＣ－ＳＯＤ进行ＳＤＳ－ＰＡＧＥ分析时就发现，在相应分子量位置出现了两条着色带，但最初人们认为是在纯化时被蛋白酶水解所致的，后来随着研究的深入才逐渐发现ＥＣ－ＳＯＤ在组织内就已经被水解，甚至是在细胞内刚被合成时就立即被水解了。

ＥＣ－ＳＯＤ的ｃＤＮＡ编码３０ｋＤ大

小的亚基，它是由２４０个氨基酸残基组成的多肽，包括１８个氨基酸组成的信号肽和２２２个氨基酸组成的成熟蛋白。ＥＣ－ＳＯＤ主要由３个功能结构域组成：

Ｏ２起作用的，即：将生物体内多

余的并对细胞破坏力极强的超氧阴离子自由基通过歧化反应而生成过氧化氢和氧气，过氧化氢随后被体内的抗坏血酸和过氧化氢酶（ＣＡＴ）分解为Ｈ２Ｏ和

Ｎ－端序列（Ｔｒｐ１～Ｉｌｅ９５），在Ａｓｎ８９处有一糖基化位点，主要

有助于酶的溶解；活性中心区域（Ｈｉｓ９６～Ｇｌｙ１９３），与ＣｕＺｎ－ＳＯＤ后２／３部分有高度同源性；Ｃ－端结构域（Ｖａｌ１９４～Ａｌａ２２２），其中包含有９个氨基酸残基组成的带正电荷的区域。

Ｏ２，从而解除Ｏ２－．所造成的氧化

胁迫。这在维持生物体内超氧阴离子自由基的产生与消除的动态平衡中起着重要作用。

２．２．１Ｎ－末端ＥＣ－ＳＯＤ的Ｎ－

３．１ＥＣ－ＳＯＤ在体内有着重要

末端存在一段α－螺旋结构，进一步的结构分析发现，在

的生理作用和生物学功能，研究表明，ＥＣ－ＳＯＤ主要在ＮＯ信号传导、心脑血管疾病、糖尿病及抗衰老方面发挥着重要作用。自由基在体内的积累会引起蛋白质氧化，细胞膜结构破坏，酶功能丧失等机体损伤。ＥＣ－ＳＯＤ可以清除体内多余的Ｏ２－．，保护ＮＯ的生物活性，维持Ｏ２－．和ＮＯ的平衡。在人体血管中，ＮＯ作为生物小分子可以舒张动脉，改变血管的基础张力，调节血压和组织血流量，以及抑制血小板的粘附聚集，减少巨噬细胞的堆积，保持血流畅通。

Ａｌａ１４～Ｍｅｔ３２之间形成了一段

两性的α－螺旋，这一结构的主要作用是介导形成ＥＣ－ＳＯＤ四聚体。在小鼠ＥＣ－ＳＯＤ中，由于

２００２年，研究人员发现ＥＣ－ＳＯＤ

也存在于细胞内，研究表明这一过程是由Ｃ－端介导的，因此Ｃ－末端具有核转位信号的作用。

Ａｓｐ２４改变为Ｖａｌ２４，使其形成

二聚体而不是通常的四聚体，由此证明，ＥＣ－ＳＯＤ的Ｎ－末端主要是依赖这一段α－螺旋的相互作用而形成四聚体的。Ｅｄｌｕｎｄ等将Ａｓｎ８９变为Ｇｌｎ以去除糖基化，结果发现没有糖基的ＥＣ－

２．２．４二硫键ＥＣ－ＳＯＤ的一

级结构中有６个Ｃｙｓ（Ｃｙｓ４５、

Ｃｙｓ１０７、Ｃｙｓ１８９、Ｃｙｓ１９０、Ｃｙｓ１９５

和Ｃｙｓ２１９），分析发现，ＥＣ－ＳＯＤ中存在两种不同的二硫键结合方式：一种有活性（ａＥＣ－ＳＯＤ），形成Ｃｙｓ４５－Ｃｙｓ１９０和Ｃｙｓ１０７－

ＳＯＤ其溶解度大幅下降。２．２．２

活性中心

Ｃｙｓ１８９两个二硫键，Ｃｙｓ１９５不

参与二硫键形成；一种没有活性（ｉＥＣ－ＳＯＤ），

形成Ｃｙｓ１０７－

ＥＣ－ＳＯＤ和

ＣｕＺｎ－ＳＯＤ的活性中心的同源

性达５０％，两者有许多相同的特点：都有着相同的金属辅基，以及相同的与催化活性相关的必

编

辑曾宪春

３．２氧化应激在许多神经性疾

Ｃｙｓ１９５和Ｃｙｓ１８９－Ｃｙｓ１９０两个

二硫键，Ｃｙｓ４５不参与二硫键形成。推测ｉＥＣ－ＳＯＤ没有活性的主要原因是由于没有形成和

病如老年痴呆症、肌萎缩性脊髓侧索硬化症和帕金森综合症中起着重要作用。因此，抗氧化剂在预防和治疗这类疾病的过程中被认为具有重要作用。最近的研究表明，大脑中ＥＣ－ＳＯＤ的表达量和调控与认知能力有密切

需氨基酸；在ＣｕＺｎ－ＳＯＤ中起稳定结构作用的半胱氨酸也存在于ＥＣ－ＳＯＤ中；有相同的抑制剂如氰化物、叠氮化合物等；两者

ＣｕＺｎ－ＳＯＤ相同的二硫键结合

方式（Ｃｙｓ１０７－Ｃｙｓ１８９）。在

ＣｕＺｎ－ＳＯＤ中，这个二硫键的主

四川畜牧兽医・・２００８０１期・总第２０７期

３４

联系。野生型小鼠与ＥＣ－ＳＯＤ过中嗜中性粒细胞的堆积，从而减４ＳＯＤ的应用

表达小鼠相比，其学习和记忆能轻肺部急性炎症。最近一项研究ＣｕＺｎ－ＳＯＤ是一种疗效广

力随着年龄的增长有不同程度表明，人体关节中含有大量的

泛的药用酶，但天然酶分子量大的削弱，在对其进行走迷宫实验ＥＣ－ＳＯＤ，它们结合在关节软骨

且难透过细胞膜，稳定性较差，时可以清楚地发现两者年轻时中的Ⅰ型胶原蛋白上，并且可以体内半衰期短，且具有免疫原没有明显的区别，但是到了老年有效地清除ＲＯＳ保护胶原蛋性，功能相对单一，从而限制了则有了明显差别，ＥＣ－ＳＯＤ过表白。可以设想，在不久的将来

其应用。为了改变这种情况，近达组的学习和记忆能力明显优ＥＣ－ＳＯＤ可能会成为预防和治

些年来国内外学者在ＣｕＺｎ－于野生型。而对ＥＣ－ＳＯＤ转基因疗关节炎的有效药物。

ＳＯＤ的化学修饰、

酶的模拟等方小鼠的实验则发现，过量的ＥＣ－

３．４现代医学已经证明，人类

面进行了大量研究。经化学修饰ＳＯＤ会减弱其形成某些长期记

的衰老与人体内ＲＯＳ的生成后的ＣｕＺｎ－ＳＯＤ，其耐热、耐酸忆的能力。因此必须调节ＥＣ－

密切相关。有实验指出，胎儿未碱、抗蛋白酶水解的能力均有显ＳＯＤ的生理浓度以维持机体功

出生时体内就含有大量ＥＣ－

著提高。ＣｕＺｎ－ＳＯＤ模拟物具有能正常。

ＳＯＤ，以备出生时接触高氧环

无免疫损伤、组织渗透性好、在３．３随着对严重创伤、休克、感

境，新生儿一岁后体内ＥＣ－

体内具有更高的稳定性、易于生染等疾病的抢救技术水平的提ＳＯＤ含量达到最高；而在后来

产和便于产业化等优点，自

高，肺部疾病患者不直接死于原的２０年内ＥＣ－ＳＯＤ含量则以Ｌｉｐｐａｒｄ等率先开展ＳＯＤ模拟

发性疾病，而是死于继发性急性每年２％的速度下降。随着时间化合物的研究工作以来，国内外肺损伤（ＡＬＩ）或急性呼吸窘迫综的推移，体内抗氧化酶的含量已有许多学者亦开始了此项研合症（ＡＲＤＳ）。

有研究表明，肺组越来越少，ＲＯＳ的产生却越来究工作。

织中嗜中性粒细胞分泌出的活越多，随之对机体各器官的损在适当的基质和稳定剂存性氧自由基（ＲＯＳ）在引发ＡＲＤＳ害也会越来越大。当ＲＯＳ对机在下，补充外源ＳＯＤ能调节机中起到了关键作用。向动物模型体的损伤积累到一定程度就会体的代谢、提高人体的免疫功中注入ＳＯＤ可以有效保护肺组引起机体疾病的发生。有研究能，对防治某些疾病和延缓衰老织，减少伤害。在对ＥＣ－ＳＯＤ转显示，生物体内ＳＯＤ含量与

具有一定的效果。在食品加工领基因小鼠的实验中发现，ＥＣ－

ＲＯＳ的积累呈负相关。可以认

域中，ＳＯＤ作为保鲜剂、抗氧化ＳＯＤ的过表达可以有效地减少

为，在体内专一清除ＲＯＳ的

剂以及功能食品的营养强化剂肺组织在高氧高压诱导中的损ＳＯＤ可以有效减慢衰老，提高

等方面有着广阔的应用前景。■伤，且ＥＣ－ＳＯＤ可以减少肺损伤

人类的生活质量。

参考文献（略）

（上接第３２页）倍型组，差异分系，为我国家鸭的起源提供了分歧度最高，为３．８０５％～４．０６７％；不别为１．５％和２．０％；并且这两个子学方面的证据。

同品种内核苷酸多样度表现出较单倍型组分类与Ａｖｉｓｅ（１９９０）的４．３鹅关于鹅的线粒体研

大的差异，为０～０．１１６％；除伊犁鹅研究结果一致（Ａ和Ｂ单倍型究，国内外学者主要探讨了鹅线外的１４个家鹅品种中，豁眼鹅与组）；Ａ组中出现了２２个斑嘴鸭粒体ＤＮＡ的遗传多样性，并分其他品种间的核苷酸分歧度为

和７８个亚洲绿头鸭，Ｂ组中出析其起源与进化等。Ｓｈｉｅｌｄｓ和

０．２１１％～０．２７２％，明显高于其他品

现了１４个斑嘴鸭和４个亚洲绿Ｗｉｌｓｏｎ对美洲５种鹅的ｍｔＤＮＡ

种间的０～０．０９４％。

头鸭。在国内，杜娟等（２００６）利进行了ＲＦＬＰ分析，提出美洲鹅

总之，随着研究手段的不断用ＤＮＡ直接测序技术，测定了ｍｔＤＮＡ进化速率为每百万年２％。

提高，人们对家养动物的遗传多西湖野鸭３１个个体的线粒体

王继文等（２００５）研究了１５个中样性和起源进化研究会了解得Ｄ－ｌｏｏｐ区部分序列，研究西湖野

国家鹅品种线粒体ＤＮＡ控制区越来越多，这将对家养动物遗传鸭的遗传结构，并与已报道的国部分序列（１０４２ｂｐ）的遗传多样性资源的保护和合理开发利用起外野鸭和家鸭序列进行比对分及品种的遗传分化，结果表明：伊到积极的作用。■

析，探讨西湖野鸭的系统发生关

犁鹅与１４个品种间的核苷酸分

参考文献（略）

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综述

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ＹＵＯＨＳＭＵＸＵＡＮＵＨＣＩＳ编

辑曾宪春

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铜锌超氧化物歧化酶的研究进展

章轶锋１，唐善虎１，２＊，秦文玲１，张

巍１，谢

芳２

（１．成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都６１００５９；

２．西南民族大学生命科学与技术学院，四川成都６１００４１）

中图分类号：Ｏ６１１．６２

文献标识码：Ａ文章编号：１００１－８９６４（２００８）０１－００３３－０３

摘

要：铜锌超氧化物歧化酶是机体防御氧化损伤的一种十分重要的金属酶，能专一性地清除超氧阴离

子自由基（Ｏ２－．），在维持氧自由基平衡方面起着重要作用。本文综述了生物体内两种铜锌超氧化物歧化酶的分布、蛋白结构、生物学功能等方面的应用进展。

关键词：超氧化物歧化酶；蛋白结构；生物学功能

ＳＯＤ是广泛存在于生物体

核生物中，也存在有ＣｕＺｎ－ＳＯＤ。（Ａｒｇ１４１），对酶活力的维持起关中的一类金属酶，按金属辅基的ＥＣ－ＳＯＤ是１９８２年Ｍａｒｋｌｕｎｄ

键作用。

不同主要分为ＣｕＺｎ－ＳＯＤ、Ｍｎ－

等首先在动物血浆中发现的，在ＣｕＺｎ－ＳＯＤ高级结构的信

ＳＯＤ、Ｆｅ－ＳＯＤ和Ｎｉ－ＳＯＤ。已有

人体中主要分布在组织外基质息来源于Ｘ－射线衍射晶体结构研究表明，在生物体内存在着两和细胞表面上，是细胞外液如血分析。以牛红细胞ＣｕＺｎ－ＳＯＤ为种类型的铜锌超氧化物歧化酶：浆、淋巴液、关节液及脑脊液中例，该酶由两个结构相同的亚基一种是细胞内形式，叫细胞内铜最主要的ＳＯＤ同工酶，也是清构成，亚基结构核心是一个由八锌超氧化物歧化酶（ＣｕＺｎ－

除细胞外Ｏ２－．的主要酶。９８％以股反平行的β折叠和３个无代ＳＯＤ）；另一种是细胞外形式，称

上的ＥＣ－ＳＯＤ结合在细胞表面表性结构的环组成的具有拓扑之为细胞外铜锌超氧化物歧化和结缔组织基质中的硫酸乙酰性的桶（β桶），整个结构含α－酶（ＥＣ－ＳＯＤ），二者在催化歧化肝素上，ＥＣ－ＳＯＤＣ是主要的结螺旋较少。两个亚基之间通过非反应时有着相同的速率和相似合形式。在血浆、淋巴、关节液和共价键的疏水作用结合，两个

的动力学常数。本文对这两种酶脑脊液中，ＥＣ－ＳＯＤ的含量要少Ｃｕ原子之间相距３．３８ｎｍ，同一

在生物体内的分布、蛋白结构、得多。

亚基中Ｃｕ、Ｚｎ相距０．６３ｎｍ。

生物学功能等方面进行了综述。

２结构ＣｕＺｎ－ＳＯＤ的活性部分是一个

１铜锌ＳＯＤ的分布

２．１

ＣｕＺｎ－ＳＯＤ

一般由两个

椭圆形的口袋，Ｃｕ、Ｚｎ与６个组从ＳＯＤ的定向进化角度来

相同亚基构成，每个亚基含一个

氨酸（Ｈｉｓ）残基和１个天冬氨酸说，ＣｕＺｎ－ＳＯＤ是真核生物酶，Ｃｕ原子和一个Ｚｎ原子。ＣｕＺｎ－（Ａｓｐ）形成狭长的袋底，其中Ｃｕ主要存在于真核生物的细胞质、ＳＯＤ结构上的同源性表现为：与

原子分别与Ｈｉｓ４４、Ｈｉｓ４６、Ｈｉｓ６１、

植物叶绿体的基质和过氧化物金属辅基相连的氨基酸残基和Ｈｉｓ１１８配位，Ｚｎ则与Ｈｉｓ６１、酶体中。但研究发现，在某些原

参与肽链内部二硫键形成部位Ｈｉｓ６９、Ｈｉｓ７８和Ａｓｐ８１配位，

附近的氨基酸残基相同；富含甘Ｃｕ、Ｚｎ共同连接Ｈｉｓ６１组成“咪收稿日期：２００７－０９－２４

氨酸残基，它们的大量存在和均唑桥”结构。Ｃｕ靠近溶剂面，β基金项目：西南民族大学人才引进项匀分布有利于形成酶分子的高桶边缘的Ａｒｇ１４１有辅助引导底目

作者简介：章轶锋，男，硕士研究生，主级结构；氨基酸序列中都有一个物向Ｃｕ离子靠近的作用；Ｚｎ则要研究方向：食品生物技术及其应用。

位于分子结构表面的超可变区，包埋于疏水基团中，起稳定酶结＊通讯作者：唐善虎，教授，美国可能与免疫学性质有关；羧基末构的作用。半胱氨酸Ｃｙｓ５５和

Ａｒｋａｎｓａｓ大学仪器科学博士，主要从

端有一序列同源性很高的区域，Ｃｙｓ１４４－ＳＨ基之间形成的二硫

事食品科学及食品生物技术研究。

在此区域有一个精氨酸

键是ＣｕＺｎ－ＳＯＤ中唯一的一对

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链内二硫键，对维持酶结构的稳定也起着重要作用。

都可以耐受极端ｐＨ、高温以及强变性剂如尿素、盐酸胍。在活性中心中，Ｚｎ存在于蛋白内部，不参与活性反应；Ｃｕ则在反应中起重要作用。

要作用是稳定活性中心。

３生物学功能

综述

２．２ＥＣ－ＳＯＤ这是一种分泌ＳＯＤ是机体活性氧清除反

应过程中第一个发挥作用的抗氧化酶，对防止氧自由基破坏细胞的组成、结构和功能，保护细胞免受氧化损伤具有十分重要的作用。作为生物体细胞中最主要的抗氧化酶，ＳＯＤ是通过催化下列反应：Ｏ２－．＋Ｏ２－．＋２Ｈ＋→Ｈ２Ｏ２＋

ＳＯＤ

型糖蛋白，一般由４个相同亚基组成，每个亚基含有一个Ｃｕ原子和一个Ｚｎ原子，双亚基间通过半胱氨酸的二硫键连接。人

２．２．３Ｃ－末端在Ｃ－末端的

１

ＳＩＣＨＵＡＮＸＵＭＵＳＨＯＵＹＩ

２６个氨基酸中含有６个Ａｒｇ和３个Ｌｙｓ及其他亲水性氨基酸，

因此这一部分是暴露在溶剂中的。二级结构的预测和分析均表明这部分也是α－螺旋。Ｃ－末端主要表现为对肝素和Ⅰ型胶原蛋白的亲和力，使ＥＣ－ＳＯＤ可以结合于细胞间质上。由于含有较多的Ａｒｇ和Ｌｙｓ，所以Ｃ－末端较易被水解。早在１９８７年，Ｔｉｂｅｌｌ等对ＥＣ－ＳＯＤ进行ＳＤＳ－ＰＡＧＥ分析时就发现，在相应分子量位置出现了两条着色带，但最初人们认为是在纯化时被蛋白酶水解所致的，后来随着研究的深入才逐渐发现ＥＣ－ＳＯＤ在组织内就已经被水解，甚至是在细胞内刚被合成时就立即被水解了。

ＥＣ－ＳＯＤ的ｃＤＮＡ编码３０ｋＤ大

小的亚基，它是由２４０个氨基酸残基组成的多肽，包括１８个氨基酸组成的信号肽和２２２个氨基酸组成的成熟蛋白。ＥＣ－ＳＯＤ主要由３个功能结构域组成：

Ｏ２起作用的，即：将生物体内多

余的并对细胞破坏力极强的超氧阴离子自由基通过歧化反应而生成过氧化氢和氧气，过氧化氢随后被体内的抗坏血酸和过氧化氢酶（ＣＡＴ）分解为Ｈ２Ｏ和

Ｎ－端序列（Ｔｒｐ１～Ｉｌｅ９５），在Ａｓｎ８９处有一糖基化位点，主要

有助于酶的溶解；活性中心区域（Ｈｉｓ９６～Ｇｌｙ１９３），与ＣｕＺｎ－ＳＯＤ后２／３部分有高度同源性；Ｃ－端结构域（Ｖａｌ１９４～Ａｌａ２２２），其中包含有９个氨基酸残基组成的带正电荷的区域。

Ｏ２，从而解除Ｏ２－．所造成的氧化

胁迫。这在维持生物体内超氧阴离子自由基的产生与消除的动态平衡中起着重要作用。

２．２．１Ｎ－末端ＥＣ－ＳＯＤ的Ｎ－

３．１ＥＣ－ＳＯＤ在体内有着重要

末端存在一段α－螺旋结构，进一步的结构分析发现，在

的生理作用和生物学功能，研究表明，ＥＣ－ＳＯＤ主要在ＮＯ信号传导、心脑血管疾病、糖尿病及抗衰老方面发挥着重要作用。自由基在体内的积累会引起蛋白质氧化，细胞膜结构破坏，酶功能丧失等机体损伤。ＥＣ－ＳＯＤ可以清除体内多余的Ｏ２－．，保护ＮＯ的生物活性，维持Ｏ２－．和ＮＯ的平衡。在人体血管中，ＮＯ作为生物小分子可以舒张动脉，改变血管的基础张力，调节血压和组织血流量，以及抑制血小板的粘附聚集，减少巨噬细胞的堆积，保持血流畅通。

Ａｌａ１４～Ｍｅｔ３２之间形成了一段

两性的α－螺旋，这一结构的主要作用是介导形成ＥＣ－ＳＯＤ四聚体。在小鼠ＥＣ－ＳＯＤ中，由于

２００２年，研究人员发现ＥＣ－ＳＯＤ

也存在于细胞内，研究表明这一过程是由Ｃ－端介导的，因此Ｃ－末端具有核转位信号的作用。

Ａｓｐ２４改变为Ｖａｌ２４，使其形成

二聚体而不是通常的四聚体，由此证明，ＥＣ－ＳＯＤ的Ｎ－末端主要是依赖这一段α－螺旋的相互作用而形成四聚体的。Ｅｄｌｕｎｄ等将Ａｓｎ８９变为Ｇｌｎ以去除糖基化，结果发现没有糖基的ＥＣ－

２．２．４二硫键ＥＣ－ＳＯＤ的一

级结构中有６个Ｃｙｓ（Ｃｙｓ４５、

Ｃｙｓ１０７、Ｃｙｓ１８９、Ｃｙｓ１９０、Ｃｙｓ１９５

和Ｃｙｓ２１９），分析发现，ＥＣ－ＳＯＤ中存在两种不同的二硫键结合方式：一种有活性（ａＥＣ－ＳＯＤ），形成Ｃｙｓ４５－Ｃｙｓ１９０和Ｃｙｓ１０７－

ＳＯＤ其溶解度大幅下降。２．２．２

活性中心

Ｃｙｓ１８９两个二硫键，Ｃｙｓ１９５不

参与二硫键形成；一种没有活性（ｉＥＣ－ＳＯＤ），

形成Ｃｙｓ１０７－

ＥＣ－ＳＯＤ和

ＣｕＺｎ－ＳＯＤ的活性中心的同源

性达５０％，两者有许多相同的特点：都有着相同的金属辅基，以及相同的与催化活性相关的必

编

辑曾宪春

３．２氧化应激在许多神经性疾

Ｃｙｓ１９５和Ｃｙｓ１８９－Ｃｙｓ１９０两个

二硫键，Ｃｙｓ４５不参与二硫键形成。推测ｉＥＣ－ＳＯＤ没有活性的主要原因是由于没有形成和

病如老年痴呆症、肌萎缩性脊髓侧索硬化症和帕金森综合症中起着重要作用。因此，抗氧化剂在预防和治疗这类疾病的过程中被认为具有重要作用。最近的研究表明，大脑中ＥＣ－ＳＯＤ的表达量和调控与认知能力有密切

需氨基酸；在ＣｕＺｎ－ＳＯＤ中起稳定结构作用的半胱氨酸也存在于ＥＣ－ＳＯＤ中；有相同的抑制剂如氰化物、叠氮化合物等；两者

ＣｕＺｎ－ＳＯＤ相同的二硫键结合

方式（Ｃｙｓ１０７－Ｃｙｓ１８９）。在

ＣｕＺｎ－ＳＯＤ中，这个二硫键的主

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联系。野生型小鼠与ＥＣ－ＳＯＤ过中嗜中性粒细胞的堆积，从而减４ＳＯＤ的应用

表达小鼠相比，其学习和记忆能轻肺部急性炎症。最近一项研究ＣｕＺｎ－ＳＯＤ是一种疗效广

力随着年龄的增长有不同程度表明，人体关节中含有大量的

泛的药用酶，但天然酶分子量大的削弱，在对其进行走迷宫实验ＥＣ－ＳＯＤ，它们结合在关节软骨

且难透过细胞膜，稳定性较差，时可以清楚地发现两者年轻时中的Ⅰ型胶原蛋白上，并且可以体内半衰期短，且具有免疫原没有明显的区别，但是到了老年有效地清除ＲＯＳ保护胶原蛋性，功能相对单一，从而限制了则有了明显差别，ＥＣ－ＳＯＤ过表白。可以设想，在不久的将来

其应用。为了改变这种情况，近达组的学习和记忆能力明显优ＥＣ－ＳＯＤ可能会成为预防和治

些年来国内外学者在ＣｕＺｎ－于野生型。而对ＥＣ－ＳＯＤ转基因疗关节炎的有效药物。

ＳＯＤ的化学修饰、

酶的模拟等方小鼠的实验则发现，过量的ＥＣ－

３．４现代医学已经证明，人类

面进行了大量研究。经化学修饰ＳＯＤ会减弱其形成某些长期记

的衰老与人体内ＲＯＳ的生成后的ＣｕＺｎ－ＳＯＤ，其耐热、耐酸忆的能力。因此必须调节ＥＣ－

密切相关。有实验指出，胎儿未碱、抗蛋白酶水解的能力均有显ＳＯＤ的生理浓度以维持机体功

出生时体内就含有大量ＥＣ－

著提高。ＣｕＺｎ－ＳＯＤ模拟物具有能正常。

ＳＯＤ，以备出生时接触高氧环

无免疫损伤、组织渗透性好、在３．３随着对严重创伤、休克、感

境，新生儿一岁后体内ＥＣ－

体内具有更高的稳定性、易于生染等疾病的抢救技术水平的提ＳＯＤ含量达到最高；而在后来

产和便于产业化等优点，自

高，肺部疾病患者不直接死于原的２０年内ＥＣ－ＳＯＤ含量则以Ｌｉｐｐａｒｄ等率先开展ＳＯＤ模拟

发性疾病，而是死于继发性急性每年２％的速度下降。随着时间化合物的研究工作以来，国内外肺损伤（ＡＬＩ）或急性呼吸窘迫综的推移，体内抗氧化酶的含量已有许多学者亦开始了此项研合症（ＡＲＤＳ）。

有研究表明，肺组越来越少，ＲＯＳ的产生却越来究工作。

织中嗜中性粒细胞分泌出的活越多，随之对机体各器官的损在适当的基质和稳定剂存性氧自由基（ＲＯＳ）在引发ＡＲＤＳ害也会越来越大。当ＲＯＳ对机在下，补充外源ＳＯＤ能调节机中起到了关键作用。向动物模型体的损伤积累到一定程度就会体的代谢、提高人体的免疫功中注入ＳＯＤ可以有效保护肺组引起机体疾病的发生。有研究能，对防治某些疾病和延缓衰老织，减少伤害。在对ＥＣ－ＳＯＤ转显示，生物体内ＳＯＤ含量与

具有一定的效果。在食品加工领基因小鼠的实验中发现，ＥＣ－

ＲＯＳ的积累呈负相关。可以认

域中，ＳＯＤ作为保鲜剂、抗氧化ＳＯＤ的过表达可以有效地减少

为，在体内专一清除ＲＯＳ的

剂以及功能食品的营养强化剂肺组织在高氧高压诱导中的损ＳＯＤ可以有效减慢衰老，提高

等方面有着广阔的应用前景。■伤，且ＥＣ－ＳＯＤ可以减少肺损伤

人类的生活质量。

参考文献（略）

（上接第３２页）倍型组，差异分系，为我国家鸭的起源提供了分歧度最高，为３．８０５％～４．０６７％；不别为１．５％和２．０％；并且这两个子学方面的证据。

同品种内核苷酸多样度表现出较单倍型组分类与Ａｖｉｓｅ（１９９０）的４．３鹅关于鹅的线粒体研

大的差异，为０～０．１１６％；除伊犁鹅研究结果一致（Ａ和Ｂ单倍型究，国内外学者主要探讨了鹅线外的１４个家鹅品种中，豁眼鹅与组）；Ａ组中出现了２２个斑嘴鸭粒体ＤＮＡ的遗传多样性，并分其他品种间的核苷酸分歧度为

和７８个亚洲绿头鸭，Ｂ组中出析其起源与进化等。Ｓｈｉｅｌｄｓ和

０．２１１％～０．２７２％，明显高于其他品

现了１４个斑嘴鸭和４个亚洲绿Ｗｉｌｓｏｎ对美洲５种鹅的ｍｔＤＮＡ

种间的０～０．０９４％。

头鸭。在国内，杜娟等（２００６）利进行了ＲＦＬＰ分析，提出美洲鹅

总之，随着研究手段的不断用ＤＮＡ直接测序技术，测定了ｍｔＤＮＡ进化速率为每百万年２％。

提高，人们对家养动物的遗传多西湖野鸭３１个个体的线粒体

王继文等（２００５）研究了１５个中样性和起源进化研究会了解得Ｄ－ｌｏｏｐ区部分序列，研究西湖野

国家鹅品种线粒体ＤＮＡ控制区越来越多，这将对家养动物遗传鸭的遗传结构，并与已报道的国部分序列（１０４２ｂｐ）的遗传多样性资源的保护和合理开发利用起外野鸭和家鸭序列进行比对分及品种的遗传分化，结果表明：伊到积极的作用。■

析，探讨西湖野鸭的系统发生关

犁鹅与１４个品种间的核苷酸分

参考文献（略）

四川畜牧兽医・２００８・０１期・总第２０７期

综述

１

Ｉ

ＹＵＯＨＳＭＵＸＵＡＮＵＨＣＩＳ编

辑曾宪春

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