氧自由基在生物体内中的作用.ppt

氧自由基在生物体内中的作用 目录 背景氧自由基的概念自由基的种类氧自由基的产生氧自由基生物学作用氧自由基的检测方法氧自由基的清除 背景 氧是维持人体生命活力最必需的物质 生物氧化是生命活动的基础 但氧代谢的中间产物 各种氧自由基 羟基自由基 超氧负离子自由基和脂类过氧自由基等 对机体却具有损伤作用 可以造成生物膜系统损伤以及细胞内氧化磷酸化障碍 近年来 氧自由基在生物医学中的作用已成为一个非常活跃的研究领域 临床观察资料和实验研究结果表明 不少疾病的发生或其病理发展过程与自由基 脂质过氧化有关 人类的衰老过程也受其影响 氧自由基及其毒性已日益引起人们更多的注视 健康长寿的杀手 氧自由基 自由基 是指能独立存在 含有1个或1个以上的不配对电子的任何原子或原子团 分为氧自由基和脂自由基 与人类疾病关系密切的自由基 统称为活性氧或氧自由基 占人体内总自由基95 是机体正常代谢的中间产物 由氧分子直接或间接衍化而成 氧自由基 是具有未配对电子的氧原子 原子团或分子 生理状态下 机体吸人氧的98 通过一次接受4个电子与H十结合还原成水 另外2 的氧通过单价还原而成高能态不稳定的活性氧一一氧自由基 种类 氧自由基 超氧阴离子自由基 O 2 羟自由基 OH 单线态氧 1O2 氢过氧自由基 HOO 烷自由基 R 烷氧自由基 RO 烷过氧自由基 ROO 活性氧 ROS 氧自由基的产生 氧自由基的来源主要有两个方面 一是电离辐射 某些药物 酒精 吸烟或高压氧中毒等 这些称外源性自由基 二是机体在代谢过程中产生自由基 即内源性自由基 内源性自由基的产生途径 1 红细胞内的氧合血红蛋白可自发转变为高铁血红蛋白 从而铁供出电子给O2 生成 O 2 2 细胞内有的酶促反应以O2为受氢体 H2O2可以与 O 2在Fe2 或Cu 存在下生成HO 3 微粒体功能混合氧化酶翠花药物等非营养物质羟化时 有黄素蛋白及细胞色素P450及O2参加 反应中有 O 2生成 4 体内的醌类化合物 如辅酶Q的代谢产物可在氧化还原中生成半醌自由基 后者将单电子交给O2生成 O 2 5 吞噬细胞的 呼吸爆发 在补体 Ga2 白三烯或内毒素等的刺激下 吞噬细胞的氧摄取量增加 其胞膜下NADPH氧化酶活性增高 将O2还原成 O 2 6 黄嘌呤氧化酶增多 黄嘌呤氧化酶 XO 的前身是黄嘌呤脱氢酶 存在于毛细血管内皮细胞内 正常人只有10 的XO的形式存在 90 为XD 黄嘌呤脱氢酶 缺血时由于ATP减少 膜泵功能失灵 Ga2 依赖蛋白水解酶使XD大量转变为XO 缺血时ATP不能用来释放能量 而且还依次降解为ADP AMP和次黄嘌呤 结果黄嘌呤大量堆集 再灌注时 大量的分子氧随血液进入缺血组织 此时大量增加的黄嘌呤氧化酶在催化次黄嘌呤转变为黄嘌呤 进而黄嘌呤转变为尿酸的两步反应中 都同时以分子氧为电子接受体 从而产生大量的 O 2和H2O2 后者再在金属离子参与下形成HO 氧自由基生物学作用 氧自由基是一种不稳定的结构状态 具有活泼的化学性质 极易发生连锁反应 与其他物质结合为稳定的分子或生成新的自由基 正常情况下产生的氧自由基很少 且细胞内的超氧化物气歧化酶 SOD 过氧化氢酶 CAT 过氧化物酶能将其迅速清除 故组织内不会出现氧自由基的堆积 正常状态下处于动态平衡 1 对脂类的作用由于生物膜是由脂质组成 并且含有不饱和脂肪酸 极易受到氧自由基的侵袭而转变成为过氧化脂质 LPO LPO及其降解产物 醛类及烃类 可加重生物膜的损伤 导致膜的流动性降低 从而使得细胞的变形能力下降 脆性增加 膜上的受体和离子通道的功能也均受到了影响 细胞膜的通透性增加 最终导致了细胞代谢的紊乱和细胞的坏死 2 对核酸的作用氧自由基可以作用于DNA 与碱基发生加成反应 而造成碱基的修饰 破坏碱基 从而引起基因的突变 OH 可从核酸的去氧核糖C4部位夺取氢原子 使DNA链断裂或碱基缺失 改变遗传基因 氧自由基的反应产物可使核酸发生交联 使DNA复制受阻 危害 3 对糖 蛋白质的作用糖 蛋白质是细胞的组成部分 氧自由基可作用于寡糖链中糖分子上的羟基碳 使其氧化成不饱和的二聚体 引起细胞的多糖链破坏 蛋白质在氧自由基作用下 可发生蛋白质的交联 聚合和肚链的断裂导致蛋白质功能降低或丧失 最终导致细胞的变性坏死 4 通过氧化反映改变关节等润滑液粘性 出现类风湿 益处 1 氧自由基杀菌作用吞噬细胞杀死侵入机体的有害微生物时 通过 呼吸爆发 氧耗量增加10 15倍 吞噬细胞的氧摄取量增加 其胞膜下NADPH 还原型辅酶 氧化酶活性增高 将O2还原为 O 2 通过 O 2 杀死细菌 2 氧自由基细胞信号传导作用自由基是机体内不可缺少的活性物质 它可作为第二信使参与细胞信号转导 人体内的前列腺素具有重要的生理学功能 其合成与氧自由基的参与有关 从花生四烯酸合成前列腺素必须通过PGG2 前列腺素G2 和PGH2 前列腺素H2 的生成 在形成过程中需要氧自由基的参与 并可通过氧自由基反馈攻击环氧酶 使之失活 控制前列腺素的合成 3 参与解毒许多脂溶性药物或毒物氧化的加氧酶系统要以 O 2作为中介物 如 吲哚胺 2 3 双加氧酶 2 硝基丙烷加氧酶 多巴胺 羟化酶等作用可能是通过活性氧而发挥作用 氧自由基的检测方法 氧自由基含有一个未成对电子 具有顺磁性和很高的反应活性 故氧自由基的检测方法都是基于这两个特性而发展起来的 目前氧自由基的检测方法主要有电子共振自旋捕集法 比色法和化学发光法等 1 电子自旋共振自旋捕集法 ESR 自由基上的电子具有自旋特性 其旋转过程会产生一个自选磁矩 如果自由基处于一个外磁场中 其电子的自旋磁矩与外磁场平行 能量最低 而当电子的自旋磁矩与外磁场反平行时 能量最高 用辐射的方法给处于的能级的电子一个相当于能级差的能量 使其跃迁至高能级 此过程称为共振 将此共振信号收集并放大 即可得到ESR波谱 可用作判定自由基的存在和浓度 2 化学发光法 氧自由基在反应过程中 释放能量 产生化学发光 利用高灵敏度发光仪可直接观察 为了提高观察效果 同场加入鲁米诺 Luminol 等作为光增效剂 活性态氧可是增效剂氧化激发 回到基态时释放特定波长的光 测定其发光强度即可推算自由基的浓度 3 比色法 该方法主要用来测定 OH自由基 其原理是 OH自由基可以使细胞色素C从还原型转化为氧化型 OH Cyt c II 还原型的细胞色素Cyt c II 呈浅绿色 而氧化型的细胞色素Cyt c III 呈浅黄色 在此原理的基础上可利用分光光度计测定一定波长下的吸光值 与空白对照 即可确定体系中 OH的量 OH Cyt c III 与自由基有关的疾病 一 心血管疾病1 高血压病 老年人高血压可由于体内自由基水平增高 刺激小动脉收缩并引起成纤维细胞的增生 造成小动脉的纤维化 硬化 官腔变狭 血流阻力增加而引起 2 动脉粥样硬化 冠心病 氧自由基在血清中和动脉壁引起的脂质过氧化反应损害了血管内皮细胞 促进了血脂的沉积 高浓度的LPO还可导致脂质多聚体的形成 妨碍脂质的运转和清除 3 心肌细胞再灌注损伤 当心肌细胞缺血缺氧 自由基清除酶大量丧失 自由基增加 此时如给予再灌注 富氧输入 自由基大量形成 导致严重的心率紊乱与心室收缩功能降低 4 克山病 中毒性心肌炎 二 缺血性脑血管病三 肿瘤四 炎症及免疫复合物性疾病五 衰老 主要原因是自由基导致的脂质过氧化损伤 六 其他脏器的疾病大多都与自由基的作用有关 氧自由基的清除 许多化合物和酶与自由基反应后 可直接或间接减少氧自由基的生成 对机体产生保护作用 其大致分为 一 减少氧自由基产生 别嘌呤醇是黄嘌呤氧化酶抑制剂 能抑制次黄嘌呤转化为黄嘌呤和黄嘌呤转化为尿酸的过程 阻止氧自由基的生成 二 自由基清除剂 超氧化物歧化酶 SOD 过氧化氢酶 CAT 谷胱甘肽过氧化酶 GSH PX 是机体组织清除氧自由基的重要酶系统 三 抗氧化剂类药物 辅酶Q10 维生素E 维生素C等抗氧化剂 作为清除氧自由基酶类的辅酶或与酶的作用有关 在氧化反应中 提供电子给氧自由基 是氧自由基还原而被清除 四 钙拮抗剂 钙拮抗剂对缺血 再灌注损伤有预防性保护作用 其机理可能是间接地硬性氧自由基的代谢 总结 氧自由基的研究是现代生物学 生物化学和生物