超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是一种广泛存在于生物体内的金属酶。它能催化超氧自由基O—2转变为H2O2和O2，在防御生物体免受氧自由基损伤、抗辐射、抗肿瘤及延缓机体衰老等方面具有重要作用，有广泛的应用前景。自1969年Fridovich和McCord发现SOD的酶活性以来，国内外学者对SOD的化学、药理及临床进行了广泛的研究。近10年来人们对SOD的研究又取得了新进展。本文结合笔者近年的工作，对SOD的化学研究进展作一简要综述。
1、SOD活性测定测定
SOD活性的方法很多，一般可分为直接测定法和间接测定法2大类。直接测定法包括脉冲辐射技术、截流光谱法、电子顺磁共振(ESR)法及极谱法等。原极谱法所用试剂昂贵难得，并使用某些毒性较大的试剂，使其应用受到限制。文献研究了一种新的极谱测定方法改进极谱法。其原理是利用氧在滴汞电极上的还原过程，在表面活性物质吐温-80存在时，加入SOD后产生一氧极谱催化波，根据催化波波高，可以计算出SOD活性。本方法灵敏度较高，重现性好，受有机物质干扰较少。与原极谱法相比，本法具有方法简单，试剂易得，使用安全等特点。因为直接测定法需用较特殊的仪器或试剂，所以常采用较简便的间接测定法测SOD活性。目前，国内应用的SOD间接测活方法很多，常用的有黄嘌呤氧化酶-NBT法、邻苯三酚自氧化法、NBT光还原法、化学发光法、肾上腺素自氧化法、极谱氧电极法等。其中邻苯三酚自氧化法较简单，在国内应用最广。但原法选用Tris-二甲砷酸缓冲液，测定波长为420nm，灵敏度较低。改用Tris-HCl缓冲液，测定波长为325nm，灵敏度大大提高，且成本降低。加入邻苯三酚自氧化的终止剂，使邻苯三酚自氧化反应与光吸收值的测定可以分开独立进行，可同时测定多个样品，操作方便。
最近微量热法也开始用于SOD的活性测定。由于采用的SOD测活方法不同，其定义的活力单位也就不同，因此测试结果很难比较。文献比较了黄嘌呤氧化酶-NBT法、改良的邻苯三酚自氧化法、NBT光还原法、肾上腺素自氧化法等5种SOD测活方法的灵敏度及某些因素对灵敏度的影响。结果表明，灵敏度较高的是黄嘌呤氧化酶-NBT法，而O—2的生成速率对这几种方法的灵敏度都有较大的影响。在SOD间接测活方法中，一般定义在一定条件下单位体积内达50%抑制率的酶量为一个酶活力单位。在这类测定方法中，酶量与抑制率是曲线关系，当用偏离50%较远的抑制率来计算酶活力时会产生较大误差。用数学方法对酶测活曲线进行线性化处理，将其转变为直线关系，使SOD活力测定更为准确、简便。
2、影响SOD活性的因素
至今为止，人们从各种生物体内分离得到的SOD都是金属酶，依照其所含金属离子的不同可把它们分为3类：Cu·Zn-SOD、Mn-SOD和Fe-SOD。Cu·Zn-SOD属酸性蛋白，对pH、热和蛋白酶水解比一般酶稳定，是迄今发现的最稳定球蛋白之一。当离子强度很低时，即使加热到95℃，其活性损失也很小。在pH5.3～9.6间其催化性能良好，在pH4.5～11间能稳定存在。以上特性均归因于金属辅基的存在，一旦除去金属离子，其稳定性大大降低。金属辅基的解离和构象的改变是SOD失活的内在原因。文献用ESR技术研究Cu·Zn-SOD与底物(O—2)的反应，在平衡状态时铜离子处于还原态。用还原剂H2O2、NaBH4处理Cu·Zn-SOD后，酶活力变化不同。用NaBH4处理SOD其活性及电泳行为接近天然酶，但经H2O2还原后的酶活性损失严重，电泳后出现多条色带。这表明O—2的作用位点为铜离子，NaBH4仅使SOD活性中心的部分Cu2+还原为Cu+，并没有改变酶分子的构象，故酶活性损失较少。而H2O2不仅使Cu2+还原为Cu+，而且改变了酶蛋白部分氨基酸侧链的电荷性质，改变了酶分子的构象，故酶活性几乎全部丧失。实验亦证实，抗坏血酸-Fe3+或H2O2使Cu·Zn-SOD失活与活性中心Cu2+的还原及酶构象的变化有关。发现溶液介电常数对SOD酶活性有较大影响。在不同离子强度的缓冲溶液中，天然酶随反应液离子强度增大而活性降低，修饰酶则相反。有机溶剂会导致SOD的构象改变，使活性降低，且有机溶剂的介电常数越小，下降越明显。另外，还发现Cl-对SOD的活性有明显抑制作用。磁的生物学效应很早就引起人们的关注。近年来国内已有学者研究磁场对酪氨酸酶活性的影响。笔者用H型场磁化杯(磁场强度为250×10-4～300×10-4T)和磁天平处理Cu·Zn-SOD。结果表明，在H型场磁化杯弱磁场中，随着磁化时间的延长，SOD活性增大；磁化时间超过30min时，SOD的活性达最大值。而在较强磁场强度(磁场强度高于1000×10-4T)处理下，SOD的活性随磁场强度的增加而降低。这对揭示磁场对生物体内生物分子活性的影响有参考意义。
3、SOD的制备
SOD来源广泛，已从多种动物血液、组织和多种植物组织中分离纯化。从动物血液中提取SOD来源丰富，成本较低，工艺较简单。典型的制备工艺是先溶血，再采用热变性和有机溶剂处理，最后用柱层析纯化制得SOD成品。此工艺经进一步改进，简化了工艺过程。文献采用热变性处理后，用超滤法制备牛、马血Cu·Zn-SOD。也有人用5种型号的大孔吸附树脂，以猪血红细胞制备SOD，证实用大孔吸附树脂纯化SOD的可行性，但树脂的再生问题有待解决。
从植物组织中提取SOD，通常采用缓冲液抽提，(NH4)2SO4分级沉淀分离，柱层析纯化。用该方法从小白菜和韭菜的不同细胞器中纯化到Cu·Zn-SOD和Mn-SOD。
从酵母中提取SOD的试验，确定了酵母SOD高产菌适宜的培养基和培养条件。在此条件下，SOD的发酵水平达9.6×104U/L发酵液.该酵母SOD的制备工艺简单，得到的Cu·Zn-SOD纯度较高，比活为3678U/mg，回收率为76%。
应用细胞工程方法制备SOD有广阔前景。有学者以玫瑰茄培养细胞为材料，探讨了用多种外源诱导剂提高细胞SOD生产能力的途径，并在SOD活力与生物膜通透性的动态变化方面，考察了二者之间的相关性，建立了1种简便、快速评价高产SOD植物细胞的体外模型。利用这一模型，评价了3味中草药、2种环境污染物质和1种巯基化合物在提高SOD产量中的作用，并确定了以甲基紫精筛选高产SOD细胞的阈值。
4、SOD的化学修饰
SOD是生物体内O—2的天然清除剂，具有广泛的医用价值，可作为药品、食品及日化产品的添加剂。但天然SOD稳定性差，具免疫原性，使其应用受到限制。化学修饰是增强酶稳定性，降低免疫原性的有效方法。国内外已用聚乙二醇、右旋糖酐、聚蔗糖、明胶、淀粉、同源白蛋白以及聚烯属烃基氧化物等修饰SOD。这些修饰剂多是水溶性高分子化合物，使修饰SOD的分子量变得更大，不易透过细胞膜和皮肤，且一般不溶于有机介质。采用硬脂酸、聚磷酸脂和月桂酸修饰SOD，所得修饰SOD稳定性好，无免疫原性，分子量变化不大，且具有一定的脂溶性。用亲水化法稳定SOD，在氰基硼氢化钠存在下，用乙醛酸修饰Fe-SOD的氨基，可使酶的热稳定性显著提高，酶在80℃的半衰期增加一倍。为扩大SOD的应用面，SOD-糖脂复合体和SOD明胶微球研制成功。与天然SOD相比，其对温度、pH、蛋白酶水解的稳定性明显增强。另外SOD经胰蛋白酶水解切去分子中的部分肽段后，仍保留较高活性(70%～85%)，达到了降低其分子量和抗原性的目的。
5、SOD活性模拟物的研究
由于SOD是天然蛋白质，易失活且价格较贵，于是人们设法研制具有SOD活性的模拟物。目前对Cu·Zn-SOD的研究较广泛和深入。已知Cu·Zn-SOD的活性中心是组氨酸61(His61)的咪唑基为桥的Cu、Zn异双核基团。其中Cu2+除和His61的咪唑氮配位外，尚和His44、His46、His118这3个咪唑氮配位，形成一个稍有扭曲的四方平面构型，轴向远离Cu2+约0.3nm处尚有一弱配位水分子；Zn2+则和His69、His75的咪唑氮以及Asp81的羧基氧原子配位，处于N3O原子组成的扭曲四面体环境中。当用化学方法除去酶分子中Zn2+而保留酶分子中原有环境中的Cu2+，则酶仍有相当高的催化活性。但当以Ag+代替酶分子中Cu2+，同时用Cu2+置换酶分子中Zn2+，则酶失去全部活性，表明酶分子中Cu2+及其所处环境对酶活性有重要影响。由于Cu2+是该酶活性的必需成分，且游离Cu2+本身又具有歧化O—2的作用，从而导致各种含铜螯合物的合成与研究方兴未艾。除化学合成具有SOD活性的模拟物外，从植物组织制备具SOD样活性的天然物质也是一条有效途径。已有人从海藻组织培养液和谷糠中制得类似SOD样活性的物质。以银杏叶为原料，制得具有SOD样活性的O—2清除剂，该清除剂对O—2呈现出较强的清除能力。