金属辅基与酶活性

5．3　金属辅基与酶活性

SOD是金属酶，在酶促反应中作为辅基起着至关重要的作用。金属离子有的直接参与催化，如Cu^2＋；有的维持构象，如Zn^2＋，确保反应的正常进行。

牛红细胞Cu，Zn－SOD金属辅基Cu直接与酶活性有关。在pH为3．8的醋酸钠缓冲液中，金属辅基Cu和Zn被EDTA螯合后，酶活性丧失。根据这个原理建立了制备去金属辅基的酶蛋白的方法。McCord和Fridovich首先采用对pH为3．8的醋酸钠缓冲液（含1mmol/L EDTA）透析的方法制备铜、锌的Apo－SOD。在去Cu、Zn后的酶蛋白中单独加入Cu后，酶活性就可以大部分恢复。一系列金属离子取代衍生物的研究表明，某些二价的金属离子如Co（Ⅱ）和Hg（Ⅱ），可以取代Zn（Ⅱ）的作用，但是没有任何一种金属能够取代Cu（Ⅱ）而起恢复酶活性的作用。一系列金属离子取代对酶活性的影响见表5－10。Cu对于酶活性的作用从DDC（二乙基二硫代氨基甲酸盐）螯合实验中得到证实。DDC可以选择性地从Cu，Zn－SOD中除去Cu而不除去Zn，单独去Cu后的E₂Zn₂－SOD没有酶活性。这不仅从离体实验中得到证实，而且也可从整体动物实验中得出结论。当动物注射DDC后，体内Cu，Zn－SOD的合成受到抑制，在全血、脑、肝中SOD活性下降。Fe为Fe－SOD催化活性所必需，而Mn也与Mn－SOD的活性直接相关。从大肠杆菌提取的Mn－SOD在含有20mmol/L的8－羟基喹啉、2．5mol/L EDTA的Tris－HCl缓冲液内透析时，随着Mn的丧失，酶活性也一起丧失，而在同样的体系中再对0．01mol/L的MnCl₂透析，又可以使酶活性恢复。用Co（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）、Mg（Ⅱ）、Fe（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）、Zn（Ⅱ）等其余9种不同价态的金属离子取代Mn（Ⅱ），发现都不能使酶复活。而且在与酶蛋白结合方面，只有在100倍过量的条件下Ni（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）和Zn（Ⅱ）这三种离子才能有效地与Mn（Ⅱ）竞争，可见酶蛋白对Mn（Ⅱ）具有极高的亲和力。一个很有意思的事实是，尽管Mn－SOD和Fe－SOD在氨基酸序列及结构上具有显著的同一性，但是对于除去Mn的酶蛋白，Fe却不能有效地与Mn竞争，而且即使在Fe浓度大大过量的条件下结合到酶蛋白上面，酶也不能复活。这说明尽管氨基酸序列有同一性，但在发挥催化活性时真正起决定性作用的还是金属辅基，这表现了金属辅基在催化活性方面的高度专一性。在这方面还有一些报道，认为单单金属离子就能起SOD的作用，无机Cu离子便可催化发生歧化反应，而一般的Cu（Ⅱ）－小肽的配合物也同样具有SOD的活性，尽管其催化效率可能不如SOD高。还有文献报道，在一种缺乏SOD的细菌中以Mn（Ⅱ）离子来取代SOD，能发挥清除的作用。

表5－10　Cu，Zn－SOD的不同金属衍生物的酶活性