Nikkel szuperoxid dizmutáz enzimmodellek szerkezeti és SOD aktivitás vizsgálata

Abstract

Az oxidatív stressz elsődleges kiváltó tényezőjének a szuperoxid gyökanion (O2•‒) tekinthető. Ez a reaktív oxigén részecske (ROS) közvetlenül károsíthatja a biomolekulákat, vagy közvetett úton is azáltal, hogy további ROS-okat generál. A kóros mennyiségben megjelenő O2•‒ bontásáért a szuperoxid dizmutáz (SOD) enzimek felelősek. A legkésőbb felfedezett SOD enzimek nikkelionokat tartalmaznak. A munkánk során célul tűztük ki, hogy a NiSOD enzim N-terminális végének első kilenc aminosavából álló peptid (wtNiSOD: HCDLPCGVY) különböző mutánsait és Ni(II)-komplexeit termodinamikai és szerkezetvizsgálati módszerekkel jellemezzük annak érdekében, hogy felderítsük az egyes funkciós csoportok szerepét a fémion megkötésében. Munkánk során célunk volt egy új SOD aktivitás mérési módszer fejlesztése, amely a Ni(II)-komplexek és a O2•‒ közötti reakció részletesebb tanulmányozását teszi lehetővé. Ez szekvenciális stopped-flow készülékkel, spektrofotometriás detektálás mellett, víz/DMSO = 1:1 térfogatarányú oldószerelegyben valósult meg. Az általunk vizsgált peptidek Ni(II)- és Ni(III)-komplexeinek termodinamikai és szerkezeti jellemzésével kapott eredményeink hozzájárulhatnak a NiSOD enzim szerkezet-hatás összefüggéseinek mélyebb megértéséhez. A szekvenciális stopped-flow készülékre fejlesztett SOD aktivitás mérési módszer nem csak nikkelkomplexek, hanem más, antioxidáns tulajdonságú vegyületek enzim mimetikus hatásának részletesebb tanulmányozását is lehetővé teszi.

The superoxide anion radical (O2•‒) is considered the primary trigger of oxidative stress. This reactive oxygen species (ROS) directly damages biomolecules or acts indirectly by generating additional ROS. The superoxide dismutase (SOD) enzymes are capable of catalyzing the decomposition of O2•‒ in the extracellular matrix. The most recently discovered SOD enzymes contain nickel ions in the active center. In our work, our aim was to characterize various peptides mimicking the active site of NiSOD enzmye and their Ni(II) complexes using thermodynamic and spectroscopic techniques to understand the role of individual functional groups involved in binding the metal ion. Therefore, another goal of our work was to develop a new method for measuring SOD activity that enables a more detailed study of the reaction between Ni(II) complexes and O2•‒. This was achieved by using a sequential stopped-flow instrument with spectrophotometric detection in a water/DMSO = 1:1 (V/V) solvent mixture. Our results obtained from the thermodynamic and structural characterization of the Ni(II) and Ni(III) complexes of the peptides investigated by us may contribute to a deeper understanding of the structure–function relationships of the NiSOD enzyme. The SOD activity assay developed for a sequential stopped-flow instrument enables a more detailed investigation not only of nickel complexes, but also of the enzyme-mimetic effects of other compounds with antioxidant properties.