腸内硫酸塩における抗酸化防御機構としての NADH および NADPH ペルオキシダーゼ

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13922 (2023) この記事を引用

94 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

動物や人間の糞便には通常、腸内硫酸塩還元細菌 (SRB) が含まれています。 硫化水素と酢酸塩は、異化的な硫酸塩還元の最終生成物であり、相乗効果を生み出す可能性があります。 ここでは、腸内 SRB Desulfomicrobium orale および Desulfovibrio piger からの NADH および NADPH ペルオキシダーゼ活性を報告します。 我々は、さまざまな温度およびpH体制の影響下での酵素活性を比較するとともに、酵素反応速度、反応生成物の最大量、反応時間、酵素反応の最大速度、およびミカエリス定数の速度論的分析を実行しようとしました。腸 SRB、D. piger Vib-7、および D. orale Rod-9 の無細胞抽出物。指数増殖期および定常増殖期から収集されました。 両方の酵素の活性に最適な温度 (35 °C) と pH (7.0) が決定されました。 指数関数期および定常期におけるミカエリス定数 (Km) の傾向の違いは、D. piger Vib-7 と D. orale Rod-9 の間で顕著です。 D. orale Rod-9 は、両方のモニター段階ではるかに高い Km を示しました (例外は D. piger Vib-7 の NADH ペルオキシダーゼ: 1.42 ± 0.11 mM)。 腸内 SRB の推定上の抗酸化防御システムとしての NADH および NADPH ペルオキシダーゼの研究と、過酸化水素の分解によって表されるこの酵素の動態特性に関する詳細なデータは、抗酸化防御システムの進化メカニズム、その病因を解明するために重要である可能性があります。異化的硫酸塩の減少過程における役割、および腸疾患の発症におけるそれらの役割の可能性。

硫酸塩還元細菌（SRB）は、ヒトの腸内に乳酸塩と硫酸塩が存在すると急速に増殖し、有毒な硫化水素（H2S）の蓄積を引き起こし、腸上皮細胞に損傷を与えます1、2、3、4、5。 、6、7、8。 しかし、H2S はメタン生成古細菌の硫黄源であり、胃腸管でも大量に検出されます。 さらに、H2S の単なる存在ではなく、H2S の過剰生産と蓄積が有害である可能性もあります 9,10。炎症性腸疾患 (IBD) は、SRB の数の増加と異化反応の強さにより、人間や動物で発症する可能性があります。腸内での硫酸塩の減少2、11、12、13、14、15、16。

無機硫酸塩または他の酸化型の硫黄は、異化性 SRB によって硫化物に変換されます17、18、19。 これらの細菌群集は従属栄養生物であるため、有機炭素の供給が必要です。 乳酸塩、ピルビン酸塩、リンゴ酸塩などの単純な有機化合物は、デスルホビブリオ種やデスルホミクロビウム種の炭素源として機能します18、20。 これらは続いて酢酸塩に酸化され、同時に硫酸塩が硫化物に還元されます1、21、22。有機分子のこの多段階の酸化プロセスを通じて、従属栄養生物は細胞エネルギーを獲得します23、24、25、26。 SRB 種は通常、乳酸塩を基質として使用し、その後同時にピルビン酸塩を使用して酢酸塩に酸化します24。

内因性抗酸化酵素は、活性酸素種 (ROS) の除去に作用する可能性があります。 細胞内 ROS 生成と脂質過酸化を防ぐよく知られた抗酸化酵素には、スーパーオキシド ジスムターゼ (SOD)、カタラーゼ、ペルオキシダーゼなどがあります 27。 カタラーゼは不均化によって過酸化水素 (H2O2) を水と分子酸素 (O2) に分解しますが、SOD はスーパーオキシドラジカルを過酸化水素 (H2O2) に変換します28。

ペルオキシダーゼ (EC 1.11.1.7) は、H2O2 を使用してさまざまな基質の酸化を触媒するヘム含有酵素です 29。

典型的な好気性代謝の非ラジカル ROS 副産物は H2O2 です。 しかし、高レベルの H2O2 は、ヒドロキシルラジカルのような他のより反応性の高い ROS に変換される可能性があり、これにより生体分子が酸化され、老化、細胞死、組織損傷、心血管障害、悪性転換が引き起こされる可能性があります。 したがって、生物系におけるすべての抗酸化活性の重要な要素は、H2O2 除去活性です 30。 H2O2 および他の水素受容体では、ペルオキシダーゼが他の電子受容体と比較してより活性になります。 アスコルビン酸塩、多くのアミノ酸、およびポリフェノール物質は、SRB31 への水素供与体です。