Mangaani sisaldav superoksiidi dismutaas

Reaktiivsete hapniku radikaalide kahjutuks tegemise tähtsus

Superoksiidi O₂ mürgisuse teooria põhjal on O₂ mürgine temast tekkivate superoksiidsete vabade radikaalide tõttu. Vabad ehk seondamata hapniku radikaalid tekivad ultraviolettvalguse (UV) mõjutusel, mis esineb ka päikesekiirguses, või rakusisese ainevahetuse tulemusel. Vabad radikaalid omavad ühte või rohkemat paardumata elektroni, mis on aatomi või molekuli orbitaalil üksinda. Need radikaalid on väga aktiivsed ning soovivad reageerida esimese kõrvaloleva molekuli või ühendiga. Näiteks inimese kehas tekib 1–3% sissehingatavast hapnikust •O₂- radikaal. See teeb aastas kokku ligi 2 kg •O₂- radikaali. Vabad hapnikuradikaalid põhjustavad organismides DNA, lipiidide, valkude ja teiste biomolekulide kahjustusi, mis mõjutavad tervist. Ohtlikeks peetakse ka hapniku mitteradikaale ehk reagente, mis võivad kergelt muutuda radikaalideks [näiteks vesinikperoksiid (H₂O₂)]. Kokkuvõtvalt võib vabu hapniku radikaale ning mitteradikaale nimetada aktiivset hapnikku sisaldavateks ühenditeks ehk ROS-ideks (reactive oxycen species).
Rakus tekitavad kõige rohkem hapniku radikaale elektrontransportahela kompleksid I ja III. Vabanevad radikaalid reageerivead enda ümber olevate molekulidega, mõjutades erinevaid metaboolseid protsesse nagu ATP või heemi sünteesi, tsitraadi ehk TCA tsüklit, mitokondriaalse DNA stabiilsust, FeS klastri produktsiooni, raku lipiidide terviklikkust, põletikuliste tsütokiinide tootmist ja rasvhapete beetaoksüdatsiooni. Tulenevad häired põhjustavad vananemist, veresoonkonna haigusi, immuunsuse väärtalitlust, neuroloogilisi ebakõlasid, metaboolseid korrapäratusi ning äärmuslikes tingimustes ka vähki. Kuna MnSOD on organismides peamiseks hapniku radikaalide tekke ennetajaks, on selle ekspressiooni tase määrav haiguste tekkel,

Superoksiid dismutaaside erinevad tüübid

MnSOD on üks tüüp superoksiid dismutaasidest (SOD). Üldistatult on kokku kolm SOD tüüpi:
1. Vaske (Cu) ja tsinki (Zn) sisaldava aktiivtsentriga SOD (Cu, Zn-SOD). Antud valgu struktuur põhineb beeta-sandwich-aminohapete ahelate voltumisel.
2. Niklit sisaldav SOD. Esineb peamiselt atkiino- ja tsüaanobakterites ning koosneb üles-alla nelja heelikselisest aminohappe ahela kimbust, kus igas subühikus on üks nikli (Ni) ioon.
3. Mangaani (Mn) või rauda (Fe) sisaldav SOD. Mõlemas tüübis on N-terminuses alfalehed ja C-terminuses alfa-/beetalehtede segu. Subühikute tsentrites asuvad neile omased metallid, MnSOD-is siis vastavalt mangaani ja FeSOD-is raua ioonid.

Mangaani sisaldava superoksiidi dismutaasi ehitus

MnSOD on monotetrameer ehk koosneb neljast täpselt ühesugusest alaühikust. Ühe alaühiku suurus on 22 000 daltonit (Da) ehk 3,653166 x10–20 grammi. Ühe alaühiku aminohappeline pikkus on erinevates liikides erinev, kuid jääb umbes 220–230 aminohappe vahemikku. Alaühikute erinevused pole liigiti väga erinevad. Esinevad üksikud asendused ning lüngad. Igas subühikus on üks mangaan, mille kaudu viiakse läbi katalüütiline reaktsioon oksüdeeritud ja redutseeritud seisundi muutumisel.
Mangaanil on väga tähtis roll radikaali kahjutuks tegemisel, kuid siiski ta ilma enda ümber oleva 220 aminohappeta ei toimi. Ümber olevatest aminohapetest moodustuvad subühikud ja subühikud omakorda moodustavad monotetrameeri, tagades kompleksi bioaktiivsuse.

Reaktiivsete hapnikuradikaalide kahjutustamine MnSOD-ga

Oksüdeeritud saitide struktuur on trigonaalne bipüramiid, milles on kahe histidiini lämmastiku rühmad (His-N) ja karboksülaadi hapnikud, mis asuvad subühiku ekvatoriaalsel tasandil. Karboksüülrühm asub aksiaalselt His-N ja radikaali suhtes. Mangaani redutseerides muutub side lühemaks moodustades efektiivse pKa ning võimaldab prootoni ülekannet. Kõikudes redutseeritud ja oksüdeeritud seisundite vahel toimub kahe elektroni disproportsionaalne vesinikperoksiidi lahutamine. Selline kahe elektroni ülekande süsteem on väga oluline, sest kui reageeritakse korraga ainult ühe elektroniga, siis tekib hüdroksüülradikaal •OH, mis mõjub toksiliselt ümbritsevatele makromolekulidele.

Alzheimeri tõbi

MnSOD-l on väga tähtis roll mitokondriaalse DNA kaitses, kuna ta teeb kahjutuks reaktiivsed hapniku radikaalid, mis muidu võiksid reageerida lähedal asuvate makromolekulidega nagu näiteks DNA.  Neurodegeneratiivsetel haigustel nagu näiteks dementsus ning Alzheimer on närvirakkude funktsioneerimiseks terve mitokonder väga vajalik ning on tõestatud, et MnSOD kogus on Alzheimeriga patsientidel tunduvalt suurem kui mittehaigestunud inimestel. Suurenenud kogust peetakse organismi kaitsemehhanismiks rohkete reaktiivsete hapniku radikaalide vastu.

Epilepsia

Mitokondriaalne oksüdatiivne stress soodustab epilepsiahoogude teket ning 2012. aastal avaldatud töös tõestati, et MnSOD kogus organismis mõjutab epilepsia hoogude tihedust ning kestvust. Epilepsia all kannatavatele laborirottidele anti erinev kogus MnSOD-i ning need, kes ei saanud seda üldse, kannatasid tugevate hoogude käes. Need, kes said MnSOD-i kannatasid tunduvalt kergemate hoogu all. Mida rohkem MnSOD-i saadi, seda vähem hooge tekkis.

Armkoe kiirem paranemine pärast vaskulaarseid operatsioone

Pärast operatsiooni on kude kannatada saanud ja oksüdatiivne stress suur. Mida rohkem on MnSOD-sid, seda paremini armkude paraneb.