장 황산염의 항산화 방어 메커니즘으로서의 NADH 및 NADPH 퍼옥시다제

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13922(2023) 이 기사 인용

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동물과 인간의 배설물에는 일반적으로 장내 황산염 감소 박테리아(SRB)가 포함됩니다. 황화수소와 아세테이트는 황산이화 환원의 최종 산물이며 시너지 효과를 낼 수 있습니다. 여기에서는 장 SRB Desulfomicrobium orale 및 Desulfovibrio piger의 NADH 및 NADPH 퍼옥시다제 활성을 보고합니다. 우리는 다양한 온도 및 pH 체계의 영향 하에서 효소 활성을 비교하고 효소 반응 속도, 반응 생성물의 최대량, 반응 시간, 효소 반응의 최대 속도 및 미카엘리스 상수에 대한 동역학 분석을 수행하려고 했습니다. 지수 및 정지 성장 단계에서 수집된 장 SRB, D. piger Vib-7 및 D. orale Rod-9의 무세포 추출물. 두 효소의 활성에 대한 최적 온도(35°C)와 pH(7.0)가 결정되었습니다. 지수 및 고정 단계 동안 미카엘리스 상수(Km) 경향의 차이는 D. piger Vib-7과 D. orale Rod-9 사이에서 눈에 띕니다. D. orale Rod-9는 두 모니터링 단계 모두에서 훨씬 더 높은 Km(D. piger Vib-7의 NADH 퍼옥시다제 제외: 1.42 ± 0.11 mM)을 나타냈습니다. 장 SRB의 추정 항산화 방어 시스템인 NADH 및 NADPH 퍼옥시다제에 대한 연구와 과산화수소 분해로 표현되는 이 효소의 운동 특성에 대한 자세한 데이터는 항산화 방어 시스템의 진화 메커니즘, 병인학을 명확히 하는 데 중요할 수 있습니다. 황산이화 과정에서의 역할과 장 질환 발병에서의 가능한 역할.

황산염환원박테리아(SRB)는 인간의 내장에 젖산과 황산염이 있을 때 빠르게 발달하며, 이로 인해 황화수소(H2S)가 축적되는데, 이는 상피 장 세포에 독성이 있고 손상을 줍니다1,2,3,4,5 ,6,7,8. 그러나 H2S는 위장관에서도 많이 검출되는 메탄 생성 고세균의 황 공급원입니다. 더욱이 H2S의 과잉 생산과 축적은 단순히 존재하는 것이 아니라 해를 끼칠 수도 있습니다9, 10. SRB 수의 증가와 소화 강도의 증가로 인해 인간과 동물에서 염증성 장 질환(IBD)이 발생할 수 있습니다. 장내 황산염 감소2, 11,12,13,14,15,16.

무기 황산염 또는 기타 산화된 형태의 황은 동화성 SRB17,18,19에 의해 황화물로 전환됩니다. 이들 박테리아 군집은 종속영양생물이기 때문에 유기탄소 공급이 필요합니다. 젖산염, 피루브산염, 말산염과 같은 단순한 유기 화합물은 Desulfovibrio 및 Desulfomicrobium 종18, 20의 탄소원 역할을 할 수 있습니다. 이들은 이후에 황산염이 황화물로 환원되면서 아세테이트로 산화됩니다1, 21, 22. 유기 분자에 대한 이러한 다단계 산화 과정을 통해 종속 영양 생물은 세포 에너지를 얻습니다. SRB 종은 일반적으로 젖산을 기질로 사용하며 동시에 피루브산을 사용하여 아세테이트로 산화됩니다.

내인성 항산화 효소는 활성산소종(ROS)을 제거하는 역할을 할 수 있습니다. 세포 내 ROS 생성과 지질 과산화를 예방하는 잘 알려진 항산화 효소에는 SOD(superoxyd dismutase), 카탈라아제 및 퍼옥시다아제가 포함됩니다. 카탈라아제는 분해를 통해 과산화수소(H2O2)를 물과 산소 분자(O2)로 분해하는 반면, SOD는 초과산화물 라디칼을 과산화수소(H2O2)로 변환합니다.

퍼옥시다제(EC 1.11.1.7)는 H2O2를 사용하여 다양한 기질의 산화를 촉매하는 헴 함유 효소입니다29.

일반적인 유산소 대사의 비라디칼 ROS 부산물은 H2O2입니다. 그러나 높은 수준의 H2O2는 생체 분자를 산화시키고 노화, 세포 사멸, 조직 손상, 심혈관 질환 및 악성 변형을 유발할 수 있는 수산기 라디칼과 같은 더 반응성이 높은 다른 ROS로 변환될 수 있습니다. 그러므로 생물학적 시스템의 모든 항산화 활성의 중요한 구성 요소는 H2O2 제거 활성입니다30. H2O2 및 기타 수소 수용체는 퍼옥시다제가 다른 전자 수용체에 비해 더 활동적인 곳입니다. 아스코르베이트, 다양한 아미노산 및 폴리페놀성 물질은 SRB31에 수소 공여체입니다.