锰超氧化物歧化酶的催化原理与酶活性调节机制

锰超氧化物歧化酶（MnSOD）催化两分子超氧自由基歧化为分子氧和过氧化氢。超氧自由基被Mn³⁺SOD氧化成分子氧的反应以扩散的方式进行。超氧自由基被Mn²⁺SOD还原为过氧化氢的反应以快循环和慢循环两条途径平行进行。在慢循环途径中，Mn²⁺SOD与超氧自由基形成产物抑制复合物，然后该复合物被质子化而缓慢释放出过氧化氢。在快循环途径中，超氧自由基直接被Mn²⁺SOD转化为产物过氧化氢，快速循环有利于酶的复活与周转。本文提出温度是调节锰超氧化物歧化酶进入慢速或者快速循环催化途径的关键因素。随着在生理温度范围内的温度升高，慢速循环成为整个催化反应的主流，因而生理范围内的温度升高反而抑制该酶的活性。锰超氧化物歧化酶的双相酶促动力学特性可以用该酶保守活性中心的温度依赖性配位模型进行合理化解释。当温度降低时，1个水分子（或者OH^-）接近Mn、甚至与Mn形成配位键，从而干扰超氧自由基与Mn形成配位键而避免形成产物抑制。因此在低温下该酶促反应主要在快循环通路中进行。最后阐述了几种化学修饰模式对该酶的调节，说明锰超氧化物歧化酶受到多种形式的快速调节（变构调节与化学修饰）。这些快速调节直接改变酶的活化状态，进而调节细胞中超氧自由基和过氧化氢的平衡与流量，为揭示锰超氧化物歧化酶和超氧自由基的生理作用提供新理论。