황산화 - 활성 산소 : 산소의 독성의 영향에 대한 이해

산소의 독성 영향에 대한 회피

 

 

산소는 호흡 경로에서 효율적인 말단 전자 수용체입니다. 호기성 호흡 동안 전자 수송 사슬은 전자 누출의 결과로 자유 라디칼 산소 종을 생성합니다. 이 독성 종의 생성은 산소 장력에 비례합니다. 또한, 독성 산소 종 (TOS)은 예를 들어 화학 공정 또는 방사선을 통해 외인성으로 형성될 수 있습니다. TOS는 또한 다형 핵 백혈구 (PMN)의 산화 적 폭발로 인해 발생합니다. 감염 헬리코박터 파이로리를 유도 염증 반응(위염) 위 점막의 TOS의 레벨이 증가하고, 위액 독성 대사 물질 수준의 이러한 증가는 아마도 PMN의 산화성 버스트 및 위 상피 세포의 효소 활성의 일부로서 형성된 반응성 TOS 인 과산화물 음이온의 생성의 결과 일 것입니다. H. pylori 감염이 위 세포에서 NADPH 산화 효소를 통해 O2생성을 증가시킨다는 증거가 있습니다. 이는 산소 유래 자유 라디칼 생성을 위한 또 다른 메커니즘인 크산틴산화 효소뿐만 아니라 지질 다당류에 의해 자극을 받습니다. 위암 조직에서 증가된 초과 산화물 음이온의 생성에 응답하여, 변화는 인간 슈퍼 옥사이드 디스 뮤타 아제 (SOD)의 발현 수준에서 검출되었습니다. 인간의 위 SOD는 위 및 흉막 점막의 선 세포에서 발견되는 세포질 구리-아연-슈퍼 옥사이드 디스 뮤 타제 (Cu, Zn-SOD) 및 미토콘드리아 내의 망간-슈퍼 옥사이드 디스 뮤 타제 (Mn-SOD)로서 존재합니다. H. pylori 감염 및 위염에 반응하여 Mn-SOD의 양 및 활성의 증가가 관찰된 반면, Cu, Zn-SOD의 양 및 활성은 일정하게 유지되거나 약간 감소되었습니다. Mn-SOD의 유도는 염증이 있는 위 점막 내에서 증가된 사이토카인 생성에 반응하는 것으로 제안되었습니다. 이 상황은 감염의 성공적인 치료 후에 반전됩니다. 데이터는 위 환경 내에서 H. pylori는 증가된 수준의 TOS에 노출될 수 있습니다. 이러한 환경에서 박테리아 생존을 위해서는 그러한 TOS의 영향이 중화되어야 합니다.

 

 

TOS의 영향 감소

 

미생물은 TOS에 대한 노출을 어떻게 관리합니까? 독성 종이 내생 적으로 생성되는지 외인적으로 생성되는지와 같은 결정 요인에 의해 부분적으로 관리되는 여러 전략이 채택될 수 있습니다. 미생물은 효소 SOD, 카탈라아제, 퍼 옥시다아제 및 다양한 환원 효소를 포함하는 메커니즘에 의해 TOS를 중화시킬 수 있습니다. 또한 세포 내 산소 농도 또는 산화 환원 전위를 조절하여 산화 손상에 대한 노출을 최소화하거나 산화 손상에 저항하는 세포 구조의 진화를 통해 이러한 손상을 최소화할 수 있습니다. 마지막으로, 박테리아 세포는 효율적인 DNA 복구 메커니즘을 통해 산화 손상의 영향을 극복할 수 있습니다. 다른 유기체에서 이러한 기전에 대한 많은 연구가 있으며 실제로 H. pylori에서 이러한 기전에 대한 이해의 많은 부분이 있습니다. 다른 유기체에 존재하는 시스템과의 비교에 주로 근거합니다.

 

TOS 무효화

H. pylori , 카탈라제 (KatA) 및 SOD의 산화 손상에 대한 내성을 촉진하는 두 가지 탁월한 효소가 있습니다. 또한, 산화 손상, 알킬 하이드 로퍼 옥 시드 환원 효소 (Ahp) 및 티 오레 독신-연결된 티올 퍼 옥시다제 (scavengease)에 대한 내성에 관련된 적어도 2개의 다른 효소 시스템의 존재에 대한 유전 적 및 생화학적 증거가 있습니다.

 

카탈라아제

카탈라제는 1800년대의 연구에서 시작하여 많은 진핵 및 원핵 시스템에서 상당히 포괄적으로 연구되었습니다. 그것은 사용되어왔다 여전히 박테리아 식별의 진단 도구로 오늘날 사용되는 의료 미생물학 카탈라아제의 주요 기능은 과산화수소(H2 O2)의 손상 효과로부터 세포를 보호하여 H2O 2가 물과 산소로 변이 되는 것을 촉매 하는 것입니다. 결과적으로, 카탈라제는 산화 스트레스에 대한 유기체의 반응에서 매우 중요한 효소입니다.

 

과산화수소는 호기성 호흡의 부산물로 생성되며 산소를 말단 전자 수용체로 사용하고 O2 및 H2O2와 같은 활성 산소종을 생성할 수 있습니다. SOD는 과산화물 음이온을 제거할 수 있지만 이로 인해 더 많은 H2O 2가 생성됩니다. 그럼에도 불구하고 호기성 호흡 동안 생성된 과산화수소 및 과산화물 라디칼의 양은 RMN에 의해 생성된 호흡 또는 산화 파열 동안 방출된 양과 비교하여 상당히 적습니다.

 

노출에 H2O2가 될 수 있는 다양한 유기체에 대한 치명적인 아직 H의 반응 2개 O2 단백질과 DNA와 같은 유기 분자, 불분명. 이것은 주로 H2O2보다 반응성이 더 높은 것으로 보이는 다른 활성 산소 종 (ROS)의 빠른 형성 때문입니다. 다른 반응성 산소 라디칼의 형성은 H 사이의 상호 작용에 부분적으로 기인 2O2 모든 생물학적 시스템에서 발견되는 금속 이온이 감소. ROS의 관점에서, 모든 셀에 야기되는 큰 위험이 발생할 때 H2O2개 감소된 철 또는 구리 이온과 반응하는 하이드 록실 라디칼은 산화 반응에서 대부분의 생물학적 및 유기 분자와 반응할 것입니다. 직접적 또는 간접적 작용을 통해 과산화수소에 노출되면 DNA 손상 (따라서 돌연변이 유발), 지질 손상 및 산화를 통한 효소 및 기타 단백질의 활동 억제가 발생할 수 있습니다. 이것은 H2O2의 존재하에 박테리아 세포 배양에서 관찰 된 성장 속도 감소에 대한 가능한 설명입니다.

 

 

 

 

카탈라아제 분석

 

전형적인 카탈라아제에서, NADPH의 존재는 활성 효소를 유지하는데 중요합니다. H2O2의 변이는 "화합물 I"로 명명 된 카탈라제의 중간 형태에 의해 발생합니다. 이 중간체의 형성 및 분해는 분광학에 의해 검출되기에 너무 빠르게 발생합니다. 화합물 I (공칭 Fe 5+ 상태)은 H2O2를 포함하는 2 전자 산화에 의해 형성되며 , 이는 H2O2 의 두 번째 분자와 반응 하여 효소를 원래 상태로 되돌립니다. 과량의 H2O2 존재(또는 다른 수소 공여체와 함께) "화합물 II"로 지칭되는 제2 중간체가 형성됩니다. 화합물 II는 카탈라제의 일 전자 산화의 결과이다 (따라서 Fe 4+ 중간체를 형성함 ). 이 효소 중간체는 H2O2와 반응하지 않으므로 화합물 II의 축적은 카탈라아제의 비활성화로 이어집니다.

 

화합물 II의 형성은 카탈라아제에 결합된 NADPH에 의해 역전되거나 억제될 수 있습니다. NADPH의 4개의 분자는 소 간 카탈라아제의 사량 체 구조에 결합합니다. 이 환원된 디 뉴클레오타이드는 효소의 촉매 작용에 필수적인 것은 아니지만, NADPH는 하나의 전자 전달 반응을 통해 화합물 II를 환원시켜 NADP + 및 활성 천연 카탈라제를 생성하는 것으로 믿어집니다.

 

서열 분석된 모든 균주는 katA 측면에 동일한 유전자를 갖고 ; 업스트림은 철-결합 단백질을 위한 frpB 코딩이고, 다운 스트림은 알려지지 않은 기능의 오픈 리딩 프레임 (ORF)입니다. 서열 상 동성을 기초로, 추정 적 Fur-Box (철 흡수 조절제)가 katA의 상류에서 확인되었습니다. 일반적으로 Fur 단백질은 그람 음성 박테리아에서 철 억제를 매개하며, 이 추정 Fur-Box에 의해 katA의 발현 이 조절 될 수 있는 것으로 보입니다. katA 의 규제에 대한 제한된 연구가 수행 되었지만, H. pylori가 혈청 기반 배지와 달리 혈액 기반 배지에서 성장할 때 카탈라아제 활성 수준이 감소하여 철의 이용 가능성이 katA 의 발현에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사합니다. Bereswill et al. H. pylori Fur 상동 체가 철-의존성 전사 억제 인자로서 기능한다는 것을 나타냅니다. 캄 필로 박터 제주 니에서는 H. pylori와 동일한 계열의 박테리아 인 철에 의해 카탈라아제 ( katA )의 발현 이 억제되며 카탈라아제의 조절은 Fur와 과산화물 스트레스 조절제 PerR에 의해 매개되는 것으로 보입니다. 이러한 발견은 H. pylori의 추정 Fur-Box 가 기능적이라는 가설을 뒷받침합니다.