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關(guān)于氧自由基在生物體內(nèi)中的作用第1頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月目錄背景氧自由基的概念自由基的種類氧自由基的產(chǎn)生氧自由基生物學(xué)作用氧自由基的檢測(cè)方法氧自由基的清除第2頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月背景
氧是維持人體生命活力最必需的物質(zhì),生物氧化是生命活動(dòng)的基礎(chǔ),但氧代謝的中間產(chǎn)物——各種氧自由基
(羥基自由基,超氧負(fù)離子自由基和脂類過(guò)氧自由基等)對(duì)機(jī)體卻具有損傷作用,可以造成生物膜系統(tǒng)損傷以及細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化障礙。近年來(lái),氧自由基在生物醫(yī)學(xué)中的作用已成為一個(gè)非?;钴S的研究領(lǐng)域,臨床觀察資料和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,不少疾病的發(fā)生或其病理發(fā)展過(guò)程與自由基、脂質(zhì)過(guò)氧化有關(guān);人類的衰老過(guò)程也受其影響。氧自由基及其毒性已日益引起人們更多的注視。第3頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月健康長(zhǎng)壽的殺手--氧自由基自由基:是指能獨(dú)立存在,含有1個(gè)或1個(gè)以上的不配對(duì)電子的任何原子或原子團(tuán),分為氧自由基和脂自由基。與人類疾病關(guān)系密切的自由基,統(tǒng)稱為活性氧或氧自由基,占人體內(nèi)總自由基95%,是機(jī)體正常代謝的中間產(chǎn)物,由氧分子直接或間接衍化而成。氧自由基:是具有未配對(duì)電子的氧原子、原子團(tuán)或分子。生理狀態(tài)下,機(jī)體吸人氧的98%通過(guò)一次接受4個(gè)電子與H十結(jié)合還原成水,另外2%的氧通過(guò)單價(jià)還原而成高能態(tài)不穩(wěn)定的活性氧一一氧自由基。第4頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月種類氧自由基超氧陰離子自由基(O-2)羥自由基(OH.)單線態(tài)氧(1O2)氫過(guò)氧自由基(HOO.)烷自由基(R.)烷氧自由基(RO.)烷過(guò)氧自由基(ROO.)活性氧(ROS)第5頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月氧自由基的產(chǎn)生氧自由基的來(lái)源主要有兩個(gè)方面:
一是電離輻射、某些藥物、酒精、吸煙或高壓氧中毒等,這些稱外源性自由基;二是機(jī)體在代謝過(guò)程中產(chǎn)生自由基,即內(nèi)源性自由基。內(nèi)源性自由基的產(chǎn)生途徑:(1)紅細(xì)胞內(nèi)的氧合血紅蛋白可自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F血紅蛋白,從而鐵供出電子給O2,生成.O-2。(2)細(xì)胞內(nèi)有的酶促反應(yīng)以O(shè)2為受氫體,H2O2可以與.O-2在Fe2+或Cu+存在下生成HO.。(3)微粒體功能混合氧化酶翠花藥物等非營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)羥化時(shí),有黃素蛋白及細(xì)胞色素P450及O2參加,反應(yīng)中有.O-2生成。(4)體內(nèi)的醌類化合物,如輔酶Q的代謝產(chǎn)物可在氧化還原中生成半醌自由基,后者將單電子交給O2生成.O-2。第6頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月(5)吞噬細(xì)胞的“呼吸爆發(fā)”,在補(bǔ)體、Ga2+、白三烯或內(nèi)毒素等的刺激下,吞噬細(xì)胞的氧攝取量增加,其胞膜下NADPH氧化酶活性增高,將O2還原成.O-2。(6)黃嘌呤氧化酶增多。黃嘌呤氧化酶(XO)的前身是黃嘌呤脫氫酶,存在于毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi),正常人只有10%的XO的形式存在,90%為XD(黃嘌呤脫氫酶)。缺血時(shí)由于ATP減少,膜泵功能失靈,Ga2+依賴蛋白水解酶使XD大量轉(zhuǎn)變?yōu)閄O,缺血時(shí)ATP不能用來(lái)釋放能量,而且還依次降解為ADP、AMP和次黃嘌呤,結(jié)果黃嘌呤大量堆集。再灌注時(shí),大量的分子氧隨血液進(jìn)入缺血組織,此時(shí)大量增加的黃嘌呤氧化酶在催化次黃嘌呤轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤,進(jìn)而黃嘌呤轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩岬膬刹椒磻?yīng)中,都同時(shí)以分子氧為電子接受體,從而產(chǎn)生大量的.O-2和H2O2
,后者再在金屬離子參與下形成HO.。第7頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月氧自由基生物學(xué)作用氧自由基是一種不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)狀態(tài),具有活潑的化學(xué)性質(zhì),極易發(fā)生連鎖反應(yīng),與其他物質(zhì)結(jié)合為穩(wěn)定的分子或生成新的自由基,正常情況下產(chǎn)生的氧自由基很少,且細(xì)胞內(nèi)的超氧化物氣歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、過(guò)氧化物酶能將其迅速清除,故組織內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)氧自由基的堆積,正常狀態(tài)下處于動(dòng)態(tài)平衡。第8頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月1、對(duì)脂類的作用由于生物膜是由脂質(zhì)組成,并且含有不飽和脂肪酸,極易受到氧自由基的侵襲而轉(zhuǎn)變成為過(guò)氧化脂質(zhì)(LPO)。LPO及其降解產(chǎn)物(醛類及烴類)可加重生物膜的損傷,導(dǎo)致膜的流動(dòng)性降低,從而使得細(xì)胞的變形能力下降,脆性增加。膜上的受體和離子通道的功能也均受到了影響,細(xì)胞膜的通透性增加。最終導(dǎo)致了細(xì)胞代謝的紊亂和細(xì)胞的壞死。2、對(duì)核酸的作用氧自由基可以作用于DNA,與堿基發(fā)生加成反應(yīng),而造成堿基的修飾,破壞堿基,
從而引起基因的突變;OH·可從核酸的去氧核糖C4部位奪取氫原子,使DNA鏈斷裂或堿基缺失,改變遺傳基因。氧自由基的反應(yīng)產(chǎn)物可使核酸發(fā)生交聯(lián),使DNA復(fù)制受阻。危害第9頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月3、對(duì)糖、蛋白質(zhì)的作用糖、蛋白質(zhì)是細(xì)胞的組成部分,氧自由基可作用于寡糖鏈中糖分子上的羥基碳,
使其氧化成不飽和的二聚體,引起細(xì)胞的多糖鏈破壞;蛋白質(zhì)在氧自由基作用下,可發(fā)生蛋白質(zhì)的交聯(lián)、聚合和肚鏈的斷裂導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能降低或喪失,
最終導(dǎo)致細(xì)胞的變性壞死。4、通過(guò)氧化反映改變關(guān)節(jié)等潤(rùn)滑液粘性,出現(xiàn)類風(fēng)濕。第10頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月益處1、氧自由基殺菌作用吞噬細(xì)胞殺死侵入機(jī)體的有害微生物時(shí),通過(guò)“呼吸爆發(fā)”,氧耗量增加10~15倍,吞噬細(xì)胞的氧攝取量增加,其胞膜下NADPH(還原型輔酶Ⅱ)氧化酶活性增高,
將O2還原為·O-2,
通過(guò)·O-2
,殺死細(xì)菌。2、氧自由基細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)作用自由基是機(jī)體內(nèi)不可缺少的活性物質(zhì),它可作為第二信使參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)
。人體內(nèi)的前列腺素具有重要的生理學(xué)功能,
其合成與氧自由基的參與有關(guān)。從花生四烯酸合成前列腺素必須通過(guò)PGG2(前列腺素G2)和PGH2(前列腺素H2)的生成,在形成過(guò)程中需要氧自由基的參與,并可通過(guò)氧自由基反饋攻擊環(huán)氧酶,使之失活,控制前列腺素的合成。第11頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月3、參與解毒許多脂溶性藥物或毒物氧化的加氧酶系統(tǒng)要以.O-2作為中介物。如:吲哚胺-2,3-雙加氧酶、2-硝基丙烷加氧酶、多巴胺-羥化酶等作用可能是通過(guò)活性氧而發(fā)揮作用。第12頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月氧自由基的檢測(cè)方法
氧自由基含有一個(gè)未成對(duì)電子,具有順磁性和很高的反應(yīng)活性。故氧自由基的檢測(cè)方法都是基于這兩個(gè)特性而發(fā)展起來(lái)的。目前氧自由基的檢測(cè)方法主要有電子共振自旋捕集法、比色法和化學(xué)發(fā)光法等。(1)電子自旋共振自旋捕集法(ESR):自由基上的電子具有自旋特性,其旋轉(zhuǎn)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自選磁矩,如果自由基處于一個(gè)外磁場(chǎng)中,其電子的自旋磁矩與外磁場(chǎng)平行,能量最低;而當(dāng)電子的自旋磁矩與外磁場(chǎng)反平行時(shí),能量最高。用輻射的方法給處于的能級(jí)的電子一個(gè)相當(dāng)于能級(jí)差的能量,使其躍遷至高能級(jí),此過(guò)程稱為共振。將此共振信號(hào)收集并放大,即可得到ESR波譜,可用作判定自由基的存在和濃度。(2)化學(xué)發(fā)光法:氧自由基在反應(yīng)過(guò)程中,釋放能量,產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光,利用高靈敏度發(fā)光儀可直接觀察。為了提高觀察效果,同場(chǎng)加入魯米諾(Luminol)等作為光增效劑,活性態(tài)氧可是增效劑氧化激發(fā),回到基態(tài)時(shí)釋放特定波長(zhǎng)的光,測(cè)定其發(fā)光強(qiáng)度即可推算自由基的濃度。第13頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月(3)比色法:該方法主要用來(lái)測(cè)定.OH自由基,其原理是.OH自由基可以使細(xì)胞色素C從還原型轉(zhuǎn)化為氧化型。.OH+Cyt.c(II)
還原型的細(xì)胞色素Cyt.c(II)呈淺綠色,而氧化型的細(xì)胞色素Cyt.c(III)呈淺黃色,在此原理的基礎(chǔ)上可利用分光光度計(jì)測(cè)定一定波長(zhǎng)下的吸光值,與空白對(duì)照,即可確定體系中.OH的量。OH-+Cyt.c(III)
第14頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月與自由基有關(guān)的疾病一、心血管疾病1、高血壓病:老年人高血壓可由于體內(nèi)自由基水平增高,刺激小動(dòng)脈收縮并引起成纖維細(xì)胞的增生,造成小動(dòng)脈的纖維化,硬化,官腔變狹,血流阻力增加而引起。2、動(dòng)脈粥樣硬化、冠心?。貉踝杂苫谘逯泻蛣?dòng)脈壁引起的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)損害了血管內(nèi)皮細(xì)胞,促進(jìn)了血脂的沉積。高濃度的LPO還可導(dǎo)致脂質(zhì)多聚體的形成,妨礙脂質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)和清除。3、心肌細(xì)胞再灌注損傷:當(dāng)心肌細(xì)胞缺血缺氧,自由基清除酶大量喪失,自由基增加,此時(shí)如給予再灌注,富氧輸入,自由基大量形成,導(dǎo)致嚴(yán)重的心率紊亂與心室收縮功能降低。第15頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月4、克山病,中毒性心肌炎:二、缺血性腦血管病三、腫瘤四、炎癥及免疫復(fù)合物性疾病五、衰老:主要原因是自由基導(dǎo)致的脂質(zhì)過(guò)氧化損傷。六、其他臟器的疾病大多都與自由基的作用有關(guān)。第16頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月氧自由基的清除許多化合物和酶與自由基反應(yīng)后,可直接或間接減少氧自由基的生成,對(duì)機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)作用,其大致分為:(一)減少氧自由基產(chǎn)生:別嘌呤醇是黃嘌呤氧化酶抑制劑,能抑制次黃嘌呤轉(zhuǎn)化為黃嘌呤和黃嘌呤轉(zhuǎn)化為尿酸的過(guò)程,阻止氧自由基的生成。(二)自由基清除劑:超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過(guò)氧化酶(GSH-PX)是機(jī)體組織清除氧自由基的重要酶系統(tǒng)。
第17頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月(三)抗氧化劑類藥物:輔酶Q10、維生素E、維生素C等抗氧化劑,作為清除氧自由基酶類的輔酶或與酶的作用有關(guān),在氧化反應(yīng)中,提供電子給氧自由基,是氧自由基還原而被清除。(四)鈣拮抗劑:鈣拮抗劑對(duì)缺血/再灌注損傷有預(yù)防性保護(hù)作用,其機(jī)理可能是間接地硬性氧自由基的代謝。第18頁(yè),課件共20頁(yè),創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)氧自由基的研究是現(xiàn)代生物學(xué)、生物化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的重要研究課
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