Perossidasi NADH e NADPH come meccanismi di difesa antiossidante nel solfato intestinale

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13922 (2023) Citare questo articolo

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Le feci animali e umane contengono tipicamente batteri solfato-riduttori intestinali (SRB). L'idrogeno solforato e l'acetato sono i prodotti finali della loro diversa riduzione del solfato e possono creare un effetto sinergico. Qui riportiamo le attività della perossidasi NADH e NADPH da SRB intestinale Desulfomicrobium orale e Desulfovibrio piger. Abbiamo cercato di confrontare le attività enzimatiche sotto l'influenza di vari regimi di temperatura e pH, nonché di effettuare analisi cinetiche delle velocità di reazione enzimatica, delle quantità massime del prodotto di reazione, dei tempi di reazione, delle velocità massime delle reazioni enzimatiche e delle costanti di Michaelis in estratti privi di cellule di SRB intestinale, D. piger Vib-7 e D. orale Rod-9, raccolti da fasi di crescita esponenziale e stazionaria. Sono stati determinati la temperatura ottimale (35 °C) e il pH (7,0) per l'attività di entrambi gli enzimi. La differenza nell'andamento delle costanti di Michaelis (Km) durante la fase esponenziale e stazionaria è evidente tra D. piger Vib-7 e D. orale Rod-9; D. orale Rod-9 ha mostrato Km molto più elevati (ad eccezione della NADH perossidasi di D. piger Vib-7: 1,42 ± 0,11 mM) durante entrambe le fasi monitorate. Gli studi sulle perossidasi NADH e NADPH - come presunti sistemi di difesa antiossidante degli SRB intestinali e dati dettagliati sulle proprietà cinetiche di questo enzima, espresse dalla decomposizione del perossido di idrogeno - potrebbero essere importanti per chiarire i meccanismi evolutivi dei sistemi di difesa antiossidanti, la loro eziologia. ruolo nel processo di riduzione dissimilatoria dei solfati e loro possibile ruolo nello sviluppo di malattie intestinali.

I batteri solfato-riduttori (SRB) si sviluppano rapidamente in presenza di lattato e solfato nell'intestino umano, il che porta all'accumulo di idrogeno solforato (H2S), che è tossico e dannoso per le cellule epiteliali intestinali1,2,3,4,5 ,6,7,8. Tuttavia, l’H2S è una fonte di zolfo per gli archaea metanogeni che vengono rilevati in grande abbondanza anche nel tratto gastrointestinale. Inoltre, potrebbe essere possibile che la sovrapproduzione e l’accumulo di H2S possano essere dannosi e non la sua semplice presenza9, 10. Le malattie infiammatorie intestinali (IBD) possono svilupparsi nell’uomo e negli animali a causa di un aumento del numero di SRB e dell’intensità della dissimilazione. riduzione dei solfati nell'intestino2, 11,12,13,14,15,16.

Il solfato inorganico o altre forme ossidate di zolfo vengono convertite in solfuro da SRB dissimilatori17,18,19. Poiché queste comunità batteriche sono eterotrofi, necessitano di un apporto di carbonio organico. Composti organici semplici come lattato, piruvato e malato possono fungere da fonte di carbonio per le specie Desulfovibrio e Desulfomicrobium18, 20; questi vengono successivamente ossidati ad acetato con la contemporanea riduzione del solfato a solfuro1, 21, 22. Attraverso questo processo di ossidazione a più stadi per le molecole organiche gli eterotrofi ottengono la loro energia cellulare23,24,25,26. Le specie SRB utilizzano tipicamente il lattato come substrato, che poi ossidano in acetato utilizzando piruvato, contemporaneamente24.

Gli enzimi antiossidanti endogeni possono agire nella rimozione delle specie reattive dell'ossigeno (ROS). I noti enzimi antiossidanti che prevengono la produzione di ROS intracellulari e la perossidazione lipidica includono la superossido dismutasi (SOD), la catalasi e le perossidasi27. Mentre la catalasi scompone il perossido di idrogeno (H2O2) tramite dismutazione in acqua e ossigeno molecolare (O2), la SOD trasforma i radicali superossido in perossido di idrogeno (H2O2)28.

Le perossidasi (EC 1.11.1.7) sono enzimi contenenti eme che utilizzano H2O2 per catalizzare l'ossidazione di una serie di substrati29.

Un sottoprodotto ROS non radicale del tipico metabolismo aerobico è H2O2. Gli alti livelli di H2O2 potrebbero, tuttavia, essere trasformati in altri ROS più reattivi, come i radicali idrossilici, che possono ossidare le biomolecole e causare invecchiamento, morte cellulare, danni ai tessuti, disturbi cardiovascolari e trasformazione maligna. Pertanto, una componente cruciale di tutta l’attività antiossidante in un sistema biologico è l’attività di eliminazione dell’H2O230. H2O2 e altri accettori di idrogeno sono i luoghi in cui la perossidasi è più attiva rispetto ad altri accettori di elettroni. L'ascorbato, un certo numero di amminoacidi e le sostanze polifenoliche sono donatori di idrogeno a SRB31: