生物體的抗氧化酶系統概述

高惠瀅 胡 薇

(福建師范大學生命科學學院 福州 350108)

1 超氧化物歧化酶

1.1 種類與分布 SOD作為生物抗氧化系統的第一道防線，是抗氧化酶系統的最主要成員，它能夠專一性清除機體氧化代謝過程中產生的超氧陰離子自由基。SOD由蛋白質和金屬離子構成，按其金屬輔基的不同分為三種主要類型： ①CuZnSOD，普遍存在于真核生物中；②MnSOD，主要存在于真核生物的線粒體和原核生物中；③FeSOD，存在于少數植物的葉綠體和原核生物中。

2 谷胱甘肽過氧化物酶

2.1 種類與分布 GSH-PX是生物機體內廣泛存在的一種重要的過氧化物分解酶，以動物體中的最為典型。它可以消除機體產生的過氧化氫和有機氫過氧化物(主要是脂質過氧化物ROOH)，降低活性氧對機體的破壞作用。GSH-PX有兩種： 一種分子中含硒，又稱硒谷胱甘肽過氧化物酶；另一種分子中不含硒，后證實為谷胱甘肽硫轉移酶。GSH-PX主要有四種同工酶，其在生物機體內的分布部位和功能互不相同： 第一種為胞內GSH-PX，主要分布在組織細胞的胞漿和紅細胞中，催化有機氫過氧化物和H2O2；第二種為磷脂氫GSH-PX，主要分布在胞漿和細胞膜上，可還原磷脂氫過氧化物和H2O2；第三種為血漿GSH-PX，主要分布于血液中，還原磷脂氫過氧化物和H2O2；第四種為胃腸道GSH-PX，主要存在于胃腸道黏膜上皮中。

2.2 作用機理 GSH-PX的催化活性位點是硒半胱氨酸，位于酶分子表面的凹穴處，易于與有機氫過氧化物等底物結合發生反應。GSH-PX通過催化GSH(還原型谷胱甘肽)變為GSSG(氧化型谷胱甘肽)，使對機體有害的過氧化物還原成無毒的醇類，同時使H2O2分解為H2O和O2，以減輕或消除過氧化物對細胞造成的損傷。大致反應過程如下：

GSH-PX的催化反應是一個循環過程，在循環中，GSH-PX可恢復原來狀態，但GSH卻不斷變為GSSG，要使GSSG還原成GSH，須依賴谷胱甘肽還原酶的催化作用。

2.3 生理功能 GSH-PX除了能夠清除有機氫過氧化物和H2O2，減少其對生物體的傷害外，還有參與前列腺素合成的調節，預防亞硝酸鹽的生成等作用過程[2]。另外，GSH-PX在代謝、細胞信號轉導和蛋白質相互作用中也具有輔助性功能。

3 過氧化氫酶

3.1 種類與分布 CAT是一類廣泛存在于原核生物和真核生物體內的末端氧化酶，是生物演化過程中建立起來的生物防御系統的關鍵酶之一，其功能是催化H2O2分解為O2和H2O，防止過氧化。CAT主要存在于動物肝臟、紅細胞，植物葉綠體以及細菌真菌中，尤其在哺乳動物肝臟中含量較高。按照結構的不同，可將CAT劃分為典型性單功能血紅素CAT、 CAT-過氧化物酶(CAT-POD)、非典型性錳過氧化氫酶。典型性單功能血紅素CAT幾乎存在于所有的需氧生物中，由4個具有相同多肽鏈的亞基組成，每個亞基含有一個血紅素輔基作為活性位點，該輔基以鐵卟啉的形式存在[3]。

3.2 作用機理 CAT作用于H2O2的原理實質上是H2O2的歧化反應。該反應以H2O2為底物，通過兩步氧化還原反應，催化一對電子的轉移而將其歧化為H2O和O2，使得H2O2不能與O2在鐵螯合物作用下生成性質活潑的強氧化劑OH·。在這個過程中，必須有兩分子H2O2先后與CAT的活性位點相遇并緊密結合，才能驅動反應。單功能血紅素CAT參與催化時，一分子H2O2氧化血紅素形成一種含氧的共軛形式，另一分子H2O2則作為還原劑與共軛形式的酶結合，再生成水和氧氣。總化學反應式為：

3.3 生理功能 CAT能夠清除生物體內的活性氧過氧化氫，在延緩機體衰老、抵御疾病等方面發揮著重要的作用。研究表明，肝癌組織中CAT活性比正常組織顯著降低[4]，這說明CAT活性改變與腫瘤的發生存在著一定相關性。植物體CAT主要存在于乙醛酸循環體和葉綠體中。在低溫、高滲透壓以及重金屬等逆境條件下，植物體CAT的含量和活性都有所上升，這說明植物可調動CAT來抵御環境脅迫。

4 硫氧還蛋白過氧化物酶

4.1 種類與分布 TPx是一類廣泛存在于動植物和微生物中的半胱氨酸過氧化物酶，在機體內能夠清除多種自由基，維持體內環境平衡。TPx是過氧化物酶家族的新成員，在植物葉綠體、線粒體、細胞質、細胞核和動物體中相繼被發現。根據氨基酸堿基序列的不同，可將TPx劃分為o型、m型、f型、h型、x型和y型六類，這六種類型的TPx結構和分布的差異明顯，但功能大致相似。

4.2 作用機理 TPx的氧化還原活性依賴于一段高度保守的氨基酸序列CGPC(Cys-Gly-Pro-Cys)[5]，活性中心的這兩個半胱氨酸起著氧化還原的作用，它們以硫氧還蛋白為電子供體，經過可逆的氧化過程將巰基轉化為二硫鍵，最終將過氧化氫和烷基過氧化氫還原為水和乙醇。

4.3 生理功能 動物細胞中的TPx能參與抗氧化途徑以緩解氧化脅迫，抑制細胞凋亡，調節細胞周期，增強轉錄因子活性[6]。此外，TPx還和許多疾病相關，如阿爾茨海默癥、癌癥等[7]。植物的TPx主要在葉綠體內參與光合作用的電子傳遞過程，在線粒體中還可作為電子供體緩解因不完全有氧呼吸所造成的氧化脅迫。

5 小結