Типи СОД в клітинах E. coli

В клітинах E. coli є три  типи СОД :

· Мn-вмісна СОД, що кодується  геном sodА, її активність чутлива до зовнішнього  оксидативного стресу;

· Fе - СОД, що є конститутивною формою і синтезується як в аеробних, так  і в анаеробних умовах;

· Си, Zn - СОД, що локалізується переважно у периплазмі.

Функціонування  СОД підвищує рівень пероксиду водню, що спричиняє утворення гідроксильного радикалу в присутності супероксид - аніону чи іонів перехідних металів. Пероксид водню дисмутується під  дією каталази до води і молекулярного кисню. У E. coli є два типи каталази - НР І і НР ІІ.

НР І є біфункціональним ферментом – каталазою - пероксидазою, що містить 2 групи протогему ІХ, які зв’язані з тетрамером з ідентичних субодиниць з молекулярною масою 80 кДа.

НР ІІ є монофункціональною каталазою з шістьома ізомерами гему d, що асоційовані з гексамерною структурою із субодиниць з молекулярною масою 84,2 кДа.

Важливою структурно - функціональною формою організації  генетичної інформації, що забезпечує синтез ферментів, що утворюють антиоксидантний захист, є регулони SохRS та OxyR. Білок SохRS є сенсором супероксид - аніону і відповідає за активацію регулону SохRS . Активація цього регулону є каскадною. Білок Sох R є продуктом гену sox R. Активована форма білка SохR зв’язується з ДНК в специфічній ділянці і активує ген soxR , що призводить до підвищення рівня білка SохR. Білок SохR активує відповідні гени, що є відповідальними за відповідь E. coli на збільшення утворення супероксид - аніону [ 5 ]. SохR містить негемінове залізо і існує у формі димера. В кожному мономері є [ 2 Fе - 2S] - кластер, що відповідальний за регуляцію активності усього білка як транскрипційного фактора. До регулону SохRS входять гени, що кодують синтез таких ферментів як Мn - СОД, глюкозо - 6 - фосфатдегідрогеназа, фумараза С, аконітаза А, НАДФ · Н-фередоксинредуктаза, ендонуклеаза ІV.

Сенсором пероксиду  водню є білок OxyR [ 7 ]. Він існує  в двох формах : окисленій та відновленій, але тільки окислена форма відповідає за активацію регулону OxyR . Відновлена форма може зв’язуватись тільки з промотором гену оxyR, що відповідає за синтез білка OxyR.

Білок ОхуR в  окисленому стані може репресувати  промотор гену охуR і активувати гени кatG та ahpS у відповідь на оксидативний стрес. Ці гени кодують каталазу НРІ  та алкілгідропероксидазу відповідно. У відповідь на підвищення концентрації пероксиду водню відбувається окислення цистеїнових залишків в положеннях 199 і 208 поліпептидного ланцюга цього білка ( ОхуR ) з утворенням внутрішньомолекулярного дисульфідного зв"язку, що робить білок ОхуR активним. Деактивація білка ОхуR відбувається ферментативно, при участі глутатіонредуктази, яка за рахунок відновленого глутатіону відновлює внутрішньомолекулярний дисульфідний зв"язок білка ОхуR [ 4,6 ]. Реакція окислення - відновлення ОхуR виглядає так :

глутатіонредуктаза 

ОхуR ок + 8 GSH ОхуR відн + 4 GSSG

До регулону ОхуR входять гени, що відповідають за синтез каталази ( НР І ), алкілгідропероксидази, глутатіонредуктази та інші [ 7 ].

При збільшенні концентрації пероксиду водню в клітині на стаціонарній фазі активується - регулон. В активації - регулону важливу роль відіграє - фактор. Це білок, що є продуктом гену rpoS. Він є альтернативним транскрипційним σ - фактором, який експресується в стаціонарній фазі або при нестачі поживних речовин. До RpoS - регулону входить не менше 50 генів, серед яких гени, що кодують Cu, Zn - СОД, НРI, НРІІ, екзонуклеазуІІІ, кислу фосфатазу, глутатіонредуктазу. Транскрипція, трансляція і стабільність фактора σs модулюються різними сигналами, включаючи цАМФ та УДФ - глюкозу [ 8 ].

Отже, можна зробити  висновок, що механізми, задіяні в  регуляції експресії генів, що відповідають за виживання клітин в умовах оксидативного  стресу, складні, деякі гени входять  до більш, ніж одного регулону, а  отже регуляторами їхньої експресії можуть бути різні білкові і небілкові речовини, і є щонайменше два регулони, що відповідають за виживання клітин E.соlі в умовах підвищеного рівня пероксиду водню.

Наявність деяких ферментів, що входять до антиоксидантних  систем, не є обов’язковою для всіх бактерій. Так, було показано, що при культивуванні Lactobacillus plantarum в умовах високого вмісту марганцю, активність СОД не проявлялась. Це може свідчити про те, що захист від супероксид - аніону здійснює якась низькомолекулярна Мn - вмісна речовина, яка функціонує аналогічно до СОД.

Останньою ланкою захисту від АФК є ферменти, які виправляють пошкодження  – репарази. З приводу відновлення  функцій білків, що були окислені АФК, відомо мало. Єдиним винятком є аконітаза. Встановлено, що цей фермент зворотньо інактивується супероксид - аніоном і пероксинітритом. Також відомо, що окислені форми білків швидше гідролізуються протеазами. Найбільше відомо про репарацію пошкоджених молекул ДНК. Найчастіше пошкоджуються такі два компоненти ДНК, як азотисті основи та дезоксирибоза. ДНК - глікозилази ініціюють репарацію, гідролізуючи зв’язок між азотистою основою і вуглеводом модифікованої основи. В E.соlі відомі такі ДНК - глікозилази як тимінглікольглікозилаза ( ендонуклеаза ІІІ ) та формамідпіримідинглікозилаза. В процесі репарації також беруть участь екзонуклеаза ІІІ та ендонуклеаза ІV. Остання є компонентом регулону SохRS. Окрему групу ендонуклеаз складають так звані “УФ-ендонуклеази” , що руйнують опромінену ультрафіолетом ДНК.