Dismutazione
Come si intuisce dal nome, l'enzima SOD mostrato qui a fianco (file PDB 2sod) dismuta il superossido. La dismutazione è un particolare tipo di reazione nella quale, su due molecole uguali, avvengono contemporaneamente due reazioni opposte, un'ossidazione e una riduzione. L'enzima SOD prende due radicali superossido, strappa l'elettrone in più dal primo e lo trasferisce al secondo. In questo modo una delle due molecole perde l'elettrone in più e diventa ossigeno molecolare O2, l'altra si ritrova con un elettrone in più e diventa acqua ossigenata H2O2, dopo aver legato uno ione H+.



Poichè anche l'acqua ossigenata H2O2 è un composto pericoloso, la cellula cerca di distruggerla nel più breve tempo possibile usando l'enzima catalasi (mdm settembre 2004) secondo la reazione mostrata qui sotto.

L'enzima SOD in medicina
L'enzima superossido dismutasi SOD ha recentemente guadagnato notorietà perchè si è scoperto che è implicato nella SLA, Sclerosi Laterale Amiotrofica. Questa è una grave malattia degenerativa che porta alla morte selettiva dei motoneuroni nel sistema nervoso centrale e nel midollo spinale, e porta ad una paralisi progressiva e irreversibile nel giro di pochi anni.
La maggior parte dei casi di SLA si verificano in età adulta e la sua causa era sconosciuta fino a poco tempo fa. Circa il dieci per cento dei casi di SLA sono ereditari, provocati da mutazioni genetiche che vengono trasmesse ai figli. Una ricerca ha da poco dimostrato che una di queste mutazioni si trova nel gene che codifica per l'enzima SOD. Gli scienziati stanno ora studiando il ruolo dell'enzima SOD in questa malattia sperando di scoprire qualcosa che porti a nuovi trattamenti e a cure più efficaci.

Metalli pesanti
Quasi tutti gli organismi possiedono una qualche forma di superossido dismutasi (SOD), così esistono varianti di questo enzima con strutture anche molto diverse tra loro. Tutti questi enzimi però hanno una caratteristica comune: usano ioni di metalli pesanti per realizzare la reazione di trasferimento degli elettroni.
Le nostre cellule producono tre tipi di SOD.
Il primo tipo contiene ioni rame e zinco (Cu, Zn SOD; file PDB 1sos), si muove all'esterno alla cellula per catturare eventuali molecole di superossido che si formano prima che l'ossigeno entri.
Il secondo tipo di SOD è simile al primo dato che contiene rame e zinco, ma possiede una coda appiccicosa che lo fissa alle strutture all'esterno della cellula (non mostrato qui).
Il terzo tipo di SOD contiene ioni manganese (Mn SOD; file PDB 1msd) e viene prodotto nei mitocondri, il punto dove è maggiore il rischio della sintesi accidentale di superossido, infatti qui è localizzata la catena respiratoria e gli elettroni vengono trasferiti all'ossigeno per ridurlo ad acqua.
Infine i batteri costruiscono una varietà di enzimi SOD come i due mostrati qui in fianco.
Quello sulla sinistra contiene ioni nichel (Ni SOD file PDB 1q0d), quello sulla destra contiene ioni ferro (Fe SOD file PDB 3sdp).

Esplorando la struttura
L'enzima Cu/Zn superossido dismutasi che contiene ioni rame e zinco (file PDB 2sod) è estremamente efficiente.
Alcuni ricercatori hanno calcolato che una collisione su dieci tra il radicale superossido e l'enzima porta ad una reazione. Questo è molto più di quanto ci si aspettasse perchè il sito attivo dell'enzima occupa solo una piccola parte della superficie della proteina e quindi si potrebbe pensare che la maggior parte delle collisioni con il superossido avvengano in qualche altro punto della superficie e non nel sito attivo. La forma e le caratteristiche del sito attivo, però, ci possono dare una spiegazione di tanta efficienza.
Il sito attivo ha una forma ad imbuto e gli ioni rame e zinco (verdi) sono posti sul fondo dell'imbuto. La forte carica positiva di questi ioni metallici insieme con la carica positiva di due amminoacidi vicini (una lisina e un'arginina colorate in blu) può costringere il radicale superossido, negativo (rosso), ad entrare nell'imbuto.




Nell'immagine qui sotto (file PDB 2sod) si vede la particolare struttura a gabbia che lega i due ioni metallici Cu (arancione) e zinco (verde). La struttura è composta da sei istidine che circondano nel piano i due ioni rivolgendo verso di loro gli atomi di azoto (blu) dei loro anelli.
Sopra il rame (arancione) si vede l'atomo di ossigeno (rosso) di una molecola di acqua che si trova nel punto del sito attivo in cui viene legato l'ossigeno dello ione superossido.
Sulla sinistra e sulla destra in alto si notano i due
amminoacidi basici (positivi) arginina e lisina.

Bibliografia
P. Pasinelli, R. H. Brown (2006) Molecular biology of amyotrophic lateral sclerosis: insights from genetics. Nature Reviews Neuroscience 7, 710-721.
J. A. Imlay, I. Fridovich (1991) Assay of metabolic superoxide production in Escherichia coli. Journal of Biological Chemistry 266, 6957-6965.
I. Fridovich (1989) Superoxide dismutases. Journal of Biological Chemistry 264, 7761- 7764.
E. D. Getzoff, J. A. Tainer, P. K. Weiner, P. A. Kollman, J. S. Richardson and D. C. Richardson (1983) Electrostatic recognition between superoxide and copper, zinc superoxide dismutase. Nature 306, 287-290.

Molecola del Mese - Indice completo

PianetaChimica home