细胞守望者：人体抗氧化金字塔顶端的SOD

细胞守望者：人体抗氧化金字塔顶端的SOD

在人体的微观世界里，有一群默默守护我们健康的“超级英雄”，它们就是抗氧化酶。其中，位于抗氧化金字塔顶端的超氧化物歧化酶（SOD）更是被誉为“细胞守望者”。今天，让我们一起深入了解这个神奇的抗氧化系统，探索SOD在其中的核心作用。

生物体为了对抗自由基的伤害，进化出了一套复杂的抗氧化防御机制，主要包括两大部分：第一线的酵素型防御系统（Primary Antioxidants）与第二线的非酵素型防御系统（Secondary Antioxidants）。

图1：生物体中酵素与非酵素型防御系统示意图

常见的非酵素型防御系统成员包括维生素C、维生素E与β-胡萝卜素等。这些抗氧化剂主要分布在细胞膜上及血浆中（如图1所示），能够有效阻断脂质氧化连锁反应。其中，维生素C能够还原失去活性的维生素E，帮助其恢复抗氧化能力。而β-胡萝卜素除了预防脂质过氧化，还能防止光线照射引起的氧化损伤。

然而，更令人惊叹的是生物体内的酵素型防御系统。这个系统主要由超氧化物歧化酶（SODs）、过氧化氢酶（Catalase）和谷胱甘肽过氧化酶（Glutathione Peroxidase）组成。这些酶对清除自由基具有高度专一性和高效性，是生物体抵抗自由基最有效的防线，其中SOD更是位于抗氧化金字塔的顶端（如图2所示），能够迅速清除细胞内的自由基，保护细胞免受氧化压力的威胁。

图2：超氧化物歧化酶位于抗氧化金字塔顶端

从抗氧化金字塔可以看出，超氧化物歧化酶处于所有抗氧化剂之首。它是一种含金属的蛋白酶，能够催化超氧化物通过歧化反应转化为氧气和过氧化氢。根据其活性位置结合的金属不同，SOD一般可分为铜锌型、锰型和铁型三种类型，这三种不同类型的超氧歧化酶分布在不同的物种和位置。SOD是人体内最重要的抗氧化酶系统，将活性较大的超氧化物（O2－）转化为活性较小的过氧化氢，其反应式如下：

而仅次于超氧化歧化酶的过氧化氢酶（Catalase, CAT, E.C. 1.11.1.6）以及谷胱甘肽过氧化酶（Glutathione peroxidase, GPx, E.C. 1.11.1.19）同样在生物体中扮演着重要角色。

过氧化氢酶普遍存在于大多数有氧细胞中，由四个单元体组成，每个单元体的活性区域都含有一个血基质（Fe(III)-protoporphorin），另外还结合了一个NADPH分子来协助酶的稳定性。过氧化氢酶主要位于细胞质中，主要作用是将过氧化氢分子迅速催化成水和氧，以避免过氧化氢分子在亚铁离子催化下进行Fenton反应产生毒性更高的氢氧自由基（•OH）。其酶催化反应如下：

过氧化氢酶的酶反应速率与SOD相似，是目前已知最有效的酶之一，反应速率接近扩散的速率，因此即使在高浓度的H2O2下，也无法使过氧化氢酶达到饱和。

谷胱甘肽过氧化酶（Glutathione peroxidase, GPx, E.C. 1.11.1.19）则是一种含有硒的重要抗氧化酶，可以催化多种的hydroperoxides（ROOH and H2O2），反应中需要消耗谷胱甘肽（GSH）来达到保护细胞免受氧化压力的伤害，反应式如下：

通过上述介绍，我们可以更深入地了解生物体内的抗氧化金字塔防御系统。生物体经过长时间的演化，已经发展出一套成熟的抗氧化防御系统来应对恶劣环境带来的伤害，不得不佩服大自然的奥妙。