Superoxiddismutase (SOD)

Die drei SOD-Isoformen schuetzen unterschiedliche Zellkompartimente vor Superoxid-Schaden:

SOD1 (Cu/Zn-SOD): Lokalisiert im Zytoplasma und im Intermembranraum der Mitochondrien. Benoetigt Kupfer und Zink als Cofaktoren. SOD1 macht etwa 90 Prozent der gesamten SOD-Aktivitaet in den meisten Geweben aus. Mutationen im SOD1-Gen sind mit etwa 20 Prozent der familiaeren Faelle von ALS (Amyotropher Lateralsklerose) assoziiert - nicht durch Funktionsverlust, sondern durch toxische Gain-of-Function der mutierten Proteine.

SOD2 (Mn-SOD): Lokalisiert in der mitochondrialen Matrix - direkt am Ort der staerksten Superoxid-Produktion (Komplex I und III der Atmungskette). Benoetigt Mangan als Cofaktor. SOD2 ist lebenswichtig: Knockout-Maeuse sterben innerhalb weniger Tage nach Geburt an massivem oxidativem Schaden in Herz und Gehirn. Die SOD2-Expression wird durch PGC-1alpha (mitochondriale Biogenese) und Nrf2 (antioxidative Genantwort) reguliert, was die enge Verknuepfung von Energieproduktion und antioxidativem Schutz zeigt.

SOD3 (EC-SOD): Lokalisiert im Extrazellularraum, besonders in Gefaeswaenden, Lunge und Bindegewebe. Schuetzt Gewebe und die extrazellulaere Matrix vor Superoxid. SOD3 ist wichtig fuer die vaskulaere NO-Bioverfuegbarkeit - sie verhindert, dass Superoxid NO zu Peroxynitrit abfaengt.

Die von SOD katalysierte Reaktion: 2 O2- + 2 H+ werden zu H2O2 + O2.

Das entstandene H2O2 muss anschliessend durch Katalase (in Peroxisomen) oder Glutathionperoxidase (im Zytoplasma und Mitochondrien) zu Wasser entgiftet werden. SOD allein reicht also nicht - sie ist der erste Schritt einer Entgiftungskette. Wenn H2O2 nicht ausreichend entgiftet wird, kann es ueber die Fenton-Reaktion (in Gegenwart von freiem Eisen) zum hochreaktiven Hydroxylradikal umgewandelt werden.

Die Regulation der SOD-Expression: SOD2 wird durch oxidativen Stress (ueber Nrf2), Bewegung (ueber PGC-1alpha und AMPK) und Kalorienrestriktion (ueber SIRT3, das SOD2 deacetyliert und aktiviert) hochreguliert. Chronische Entzuendung kann die SOD2-Expression paradoxerweise sowohl erhoehen (akut, als Schutzreaktion) als auch erniedrigen (chronisch, durch epigenetische Veraenderungen und Peroxynitrit-Inaktivierung).