氧自由基在生物体内中的作用省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

氧自由基在生物体内中作用第1页目录背景氧自由基概念自由基种类氧自由基产生氧自由基生物学作用氧自由基检测方法氧自由基去除第2页背景 氧是维持人体生命活力最必需物质，生物氧化是生命活动基础，但氧代谢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)对机体却含有损伤作用，能够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作用已成为一个非常活跃研究领域,临床观察资料和试验研究结果表明，不少疾病发生或其病剪发展过程与自由基、脂质过氧化相关；人类衰老过程也受其影响。氧自由基及其毒性已日益引发人们更多注视。第3页健康长寿杀手-氧自由基自由基：是指能独立存在,含有1个或1 个以上不配对电子任何原子或原子团,分为氧自由基和脂自由基。与人类疾病关系亲密自由基,统称为活性氧或氧自由基,占人体内总自由基95%,是机体正常代谢中间产物,由氧分子直接或间接衍化而成。氧自由基：是含有未配对电子氧原子、原子团或分子。生理状态下,机体吸人氧98%经过一次接收4个电子与H十结合还原成水,另外2%氧经过单价还原而成高能态不稳定活性氧一一氧自由基。第4页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）第5页氧自由基产生 氧自由基起源主要有两个方面：一是电离辐射、一些药品、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。内源性自由基产生路径：（1）红细胞内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）细胞内有酶促反应以O2为受氢体，H2O2能够与.O-2在Fe2+或Cu+存在下生成HO.。（3）微粒体功效混合氧化酶翠花药品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）体内醌类化合物，如辅酶Q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。第6页（5）吞噬细胞“呼吸暴发”，在补体、Ga2+、白三烯或内毒素等刺激下，吞噬细胞氧摄取量增加，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）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%XO 形式存在，90%为XD（黄嘌呤脱氢酶）。缺血时因为ATP 降低，膜泵功效失灵，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，大量分子氧随血液进入缺血组织，此时大量增加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两步反应中，都同时以分子氧为电子接收体，从而产生大量.O-2和H2O2，后者再在金属离子参加下形成HO.。第7页氧自由基生物学作用 氧自由基是一个不稳定结构状态，含有活泼化学性质，极易发生连锁反应，与其它物质结合为稳定分子或生成新自由基，正常情况下产生氧自由基极少，且细胞内超氧化物气歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶能将其快速去除，故组织内不会出现氧自由基堆积，正常状态下处于动态平衡。第8页1、对脂类作用 因为生物膜是由脂质组成,而且含有不饱和脂肪酸,极易受到氧自由基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)可加重生物膜损伤,造成膜流动性降低,从而使得细胞变形能力下降,脆性增加。膜上受体和离子通道功效也均受到了影响,细胞膜通透性增加。最终造成了细胞代谢紊乱和细胞坏死。2、对核酸作用 氧自由基能够作用于DNA，与碱基发生加成反应，而造成碱基修饰，破坏碱基，从而引发基因突变；OH 可从核酸去氧核糖C4 部位夺取氢原子，使DNA链断裂或碱基缺失，改变遗传基因。氧自由基反应产物可使核酸发生交联，使DNA复制受阻。危害第9页3、对糖、蛋白质作用 糖、蛋白质是细胞组成部分，氧自由基可作用于寡糖链中糖分子上羟基碳，使其氧化成不饱和二聚体，引发细胞多糖链破坏；蛋白质在氧自由基作用下，可发生蛋白质交联、聚合和肚链断裂造成蛋白质功效降低或丧失，最终造成细胞变性坏死。4、经过氧化反应改变关节等润滑液粘性,出现类风湿。第10页益处1、氧自由基杀菌作用吞噬细胞杀死侵入机体有害微生物时，经过“呼吸暴发”,氧耗量增加10 15倍,吞噬细胞氧摄取量增加,其胞膜下NADPH(还原型辅酶)氧化酶活性增高，将O2还原为 O-2，经过 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乏活性物质，它可作为第二信使参加细胞信号转导。人体内前列腺素含有主要生理学功效，其合成与氧自由基参加相关。从花生四烯酸合成前列腺素必须经过PGG2(前列腺素G2)和PGH2(前列腺素H2)生成,在形成过程中需要氧自由基参加,并可经过氧自由基反馈攻击环氧酶，使之失活,控制前列腺素合成。第11页3、参加解毒 许多脂溶性药品或毒物氧化加氧酶系统要以.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经过活性氧而发挥作用。第12页氧自由基检测方法氧自由基检测方法 氧自由基含有一个未成对电子，含有顺磁性和很高反应活性。故氧自由基检测方法都是基于这两个特征而发展起来。当前氧自由基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）：自由基上电子含有自旋特征，其旋转过程会产生一个自选磁矩，假如自由基处于一个外磁场中，其电子自旋磁矩与外磁场平行，能量最低；而当电子自旋磁矩与外磁场反平行时，能量最高。用辐射方法给处于能级电子一个相当于能级差能量，使其跃迁至高能级，此过程称为共振。将此共振信号搜集并放大，即可得到ESR波谱，可用作判定自由基存在和浓度。（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。为了提升观察效果，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光，测定其发光强度即可推算自由基浓度。第13页（3）比色法：该方法主要用来测定.OH自由基，其原理是.OH自由基能够使细胞色素C从还原型转化为氧化型。.OH+Cyt.c(II)还原型细胞色素Cyt.c(II)呈浅绿色，而氧化型细胞色素 Cyt.c(III)呈浅黄色，在此原理基础上可利用分光光度计测定一定波长下吸光值，与空白对照，即可确定体系中.OH 量。OH-+Cyt.c(III)第14页与自由基相关疾病与自由基相关疾病一、心血管疾病1、高血压病：老年人高血压可因为体内自由基水平增高，刺激小动脉收缩并引发成纤维细胞增生，造成小动脉纤维化，硬化，官腔变狭，血流阻力增加而引发。2、动脉粥样硬化、冠心病：氧自由基在血清中和动脉壁引发脂质过氧化反应损害了血管内皮细胞，促进了血脂沉积。高浓度LPO还可造成脂质多聚体形成，妨碍脂质运转和去除。3、心肌细胞再灌注损伤：当心肌细胞缺血缺氧，自由基去除酶大量丧失，自由基增加，此时如给予再灌注，富氧输入，自由基大量形成，造成严重心率紊乱与心室收缩功效降低。第15页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：主要原因是自由基造成脂质过氧化损伤。六、其它脏器疾病大多都与自由基作用相关。第16页氧自由基去除氧自由基去除 许多化合物和酶与自由基反应后，可直接或间接降低氧自由基生成，对机体产生保护作用，其大致分为：（一）降低氧自由基产生：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过程，阻止氧自由基生成。（二）自由基去除剂：超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化酶（GSH-PX）是机体组织去除氧自由基主要酶系统。第17页（三）抗氧化剂类药品：辅酶Q10、维生素E、维生素C等抗氧化剂，作为去除氧自由基酶类辅酶或与酶作用相关，在氧化反应中，提供电子给氧自由基，是氧自由基还原而被去除。（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代谢。第18页总结总结 氧自由基研究是当代生物学、生物化学和生物医学主要研究课题。氧自由基能否对机体造成损害不但要看体内产生氧自由基多少，还要看体内抗氧化酶活性和抗氧化剂浓度，只要抗氧化保护机制正常，使活性氧产出和去除之间到达动态平衡，就不会受到氧自由基破坏；只有这种动态平衡被打破时，才会造成机体损伤；当这种动态平衡被破坏时，能够经过补充人工合成抗氧化剂，也能够经过提升体内抗氧化酶活性来抵抗自由基对机体损伤。第19页谢谢 谢谢！第20页