NADH e NADPH peroxidases como mecanismos de defesa antioxidante no sulfato intestinal

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13922 (2023) Citar este artigo

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As fezes de animais e humanos normalmente incluem bactérias redutoras de sulfato intestinal (SRB). O sulfeto de hidrogênio e o acetato são os produtos finais de sua redução dissimilatória de sulfato e podem criar um efeito sinérgico. Aqui, relatamos atividades de NADH e NADPH peroxidase de SRB intestinal Desulfomicrobium orale e Desulfovibrio piger. Procuramos comparar atividades enzimáticas sob influência de vários regimes de temperatura e pH, bem como realizar análises cinéticas de taxas de reação enzimática, quantidades máximas do produto de reação, tempos de reação, taxas máximas das reações enzimáticas e constantes de Michaelis em extratos livres de células de SRB intestinal, D. piger Vib-7 e D. orale Rod-9, coletados de fases de crescimento exponencial e estacionária. Foram determinadas a temperatura ideal (35 °C) e o pH (7,0) para a atividade de ambas as enzimas. A diferença nas tendências das constantes de Michaelis (Km) durante as fases exponencial e estacionária é perceptível entre D. piger Vib-7 e D. orale Rod-9; D. orale Rod-9 apresentou Km muito maior (a exceção é a NADH peroxidase de D. piger Vib-7: 1,42 ± 0,11 mM) durante as duas fases monitoradas. Estudos das peroxidases NADH e NADPH - como supostos sistemas de defesa antioxidante do SRB intestinal e dados detalhados sobre as propriedades cinéticas desta enzima, expressas pela decomposição do peróxido de hidrogênio - poderiam ser importantes para esclarecer os mecanismos evolutivos dos sistemas de defesa antioxidante, sua etiologia. papel no processo de redução dissimilatória do sulfato e seu possível papel no desenvolvimento de doenças intestinais.

As bactérias redutoras de sulfato (SRB) desenvolvem-se rapidamente na presença de lactato e sulfato no intestino humano, o que leva ao acúmulo de sulfeto de hidrogênio (H2S), que é tóxico e prejudicial às células epiteliais intestinais1,2,3,4,5 ,6,7,8. No entanto, o H2S é uma fonte de enxofre para archaea metanogênicas que também são detectadas em grande abundância no trato gastrointestinal. Além disso, pode ser possível que a superprodução e acumulação de H2S sejam prejudiciais e não a sua mera presença9, 10. As doenças inflamatórias intestinais (DII) podem desenvolver-se em humanos e animais devido a um aumento no número de SRB e na intensidade de dissimilatórios. redução de sulfato no intestino2, 11,12,13,14,15,16.

O sulfato inorgânico ou outras formas oxidadas de enxofre são convertidos em sulfeto por SRB dissimilatório17,18,19. Como estas comunidades bacterianas são heterótrofas, necessitam de um fornecimento de carbono orgânico. Compostos orgânicos simples como lactato, piruvato e malato podem servir como fonte de carbono para espécies Desulfovibrio e Desulfomicrobium18, 20; estes são subsequentemente oxidados a acetato com a redução simultânea de sulfato a sulfeto1, 21, 22. Através deste processo de oxidação em vários estágios de moléculas orgânicas, os heterótrofos obtêm sua energia celular23,24,25,26. As espécies SRB normalmente empregam lactato como substrato, que então oxidam em acetato usando piruvato, simultaneamente .

Enzimas antioxidantes endógenas podem atuar na remoção de espécies reativas de oxigênio (ROS). As enzimas antioxidantes bem conhecidas que previnem a produção intracelular de ERO e a peroxidação lipídica incluem superóxido dismutase (SOD), catalase e peroxidases27. Enquanto a catalase decompõe o peróxido de hidrogênio (H2O2) por dismutação em água e oxigênio molecular (O2), a SOD transforma os radicais superóxido em peróxido de hidrogênio (H2O2)28.

As peroxidases (EC 1.11.1.7) são enzimas contendo heme que utilizam H2O2 para catalisar a oxidação de uma variedade de substratos29.

Um subproduto ERO não radical do metabolismo aeróbico típico é o H2O2. Os altos níveis de H2O2 poderiam, no entanto, ser transformados em outras ERO mais reativas, como os radicais hidroxila, que podem oxidar biomoléculas e causar envelhecimento, morte celular, danos nos tecidos, distúrbios cardiovasculares e transformação maligna. Portanto, um componente crucial de toda atividade antioxidante em um sistema biológico é a atividade eliminadora de H2O230. H2O2 e outros aceitadores de hidrogênio são onde a peroxidase é mais ativa em comparação com outros aceitadores de elétrons. O ascorbato, vários aminoácidos e substâncias polifenólicas são doadores de hidrogênio para o SRB31: