自由基生物学市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,自由基生物学,Free Radical Biology,1/160,前 言,1.什么是自由基生物学,：,是一门以当代自由基理论、观点和方法研究自由基在生物和人体产生、反应及其与各种生命现象相关科学。,自由基生物学是一门新兴前沿和交叉科学，含有主要理论意义和广泛应用前景而且与人类健康亲密相关。,2/160,2.自由基生物学发展,1900年，Gomberg对甲苯基发觉揭开了自由基首篇章。,1969年弗里多维奇（Fridovich）和麦科德（McCord）发觉了超氧化物歧化酶（SOD）及其主要生物学作用是自由基生物学发展史上里程碑。,1998年，NO自由基研究取得诺贝尔生物医学奖,3/160,21世纪以来，自由基生物学效应不停被揭示，自由基与一些疾病发病学关系也被逐步认识。,自由基生物学研究包含自由基过量生成原因及机体去除自由基机制，以及相关疾病。以及机体代谢产生自由基各种生理生化活动等。,4/160,3.检测自由基新技术和方法,自由基检测是研究自由基关键。物理学发展了各种检测短寿命自由基伎俩，如研制成功时间分辨ESR技术和ESR成像仪，不但能够检测自由基种类和浓度，而且能够检测自由基在生物体内空间分布。,5/160,利用这些方法系统地研究了氧自由基和一氧化氮自由基性质、生物功效和疾病关系，尤其是在炎症、心脑缺血再灌注损伤和神经退行性疾病中作用。,6/160,4.自由基与医学关系,从射线产生自由基及其含有顺磁性和近年来对活性氧研究得出结论：许多病理过程，包含,辐射损伤、衰老、毒物作用及心血管疾病中一些步骤等,，都和自由基相关。,自由基病理学就是在这一基础上发展起来。,7/160,年,8,月,5,日,参考消息,第,7,版，,科学技术,栏，大篇幅介绍了英国剑桥大学德,格雷博士,“,人活千岁不是梦,”,全新科学理念,老龄化并非人类身体本身条件无法防止一个结果，而是细胞或分子长久受损造成后果，而医学发展能够防止这一受损过程，甚至能够完成细胞修复。让寿命以健康方式延长，而不是脆弱地慢慢变老。,细微老化工程策略,：德格雷在,年建立了“高寿鼠奖”，用,300,万美元奖励能够证实再生治疗法在老鼠身上可行科学家。,8/160,6.1,自由基,定义,含有一个或几个未配对电子,分子、离子或原子,称为,自由基,通常在其式子旁加一个黑点做为特征标识，如：,OH,、,Cl,9/160,什,么,是自由基呢？自由基是含奇,数电,子一群原子。奇,数,不成,对电,子,急欲寻求,其它,电,子,来,配,对,，所以,会,把別物,质,氧化。就像,空气中铁,生,锈,、削好,苹,果,变,色一,样,。,10/160,“基”（,radical,）在化学中惯用来表示不一样原子团，如碳酸基、硝酸基、甲基等；,自由基,（,free radical,）是指能独立存在，含有一个或一个以上不配对电子任何原子或原子团,；通常在其式子旁加一个黑点做为特征标识，如：,OH,、,Cl,11/160,当化合物共价键断裂时，成正确电子由,2,个原子均分，称为均裂反应，所需能量由热能、电磁辐射等提供，高温气相反应即燃烧就是一个自由基过程；,当共价键异裂时，一个原子接收了成对电子，如水异裂生成,H,+,和,OH,-,，因为都不存在不配正确电子，故不是自由基,。,12/160,6.1.1,自由基产生,自由基能够经过共价键均裂产生，也能够经过电子俘获产生。比如：,CH,4,、,CCl,4,共价键化合物解离有两种方式：一是异裂；二是均裂，其产物是自由基。,共价键解离供能方法：热解、光解、辐射作用、氧化还原偶联反应等。,13/160,6.1.1,自由基产生,热解,热解是经过加热使共价键均裂产生自由基方法。,(CH,3,),3,C-O-O-H (CH,3,),3,C-O,+,OH,(,普通键离能越高，热解所需能量就越大，生成自由基也越不稳定。,),14/160,6.1.1,自由基产生,光解,光解是利用光化学反应吸收光量子（在波长适当紫外或可见光照射下）使共价键均裂产生自由基方法。,如：,Cl,2,Cl,2,*2Cl,可光解产生自由基化合物有：卤素、,R-O-O-R,、,R-N=N-R,、,R-O-Cl,、酸酐、丙酮等。,15/160,6.1.1,自由基产生,辐射分解,其能源是高能光子（,X-ray,）、高能电子流,氧化还原法是产生自由基方便方法。普通有机过氧 化物与过渡金属离子发生单电子氧化还原反应时，可产生自由基,。,通式：,M,n+,+R,1,-O-O-R,2,M,(n+1)+,+R,1,-O,+R,2,O,-,16/160,6.1.1,自由基产生,比如：,(1)Fe,2+,+(CH,3,),3,C-O-O-H Fe,3+,+(CH,3,),3,C-O,+OH,-,(2)Fe,2+,+H,2,O,2,Fe,3+,+,OH+OH,-,酶促氧化还原反应也能够产生自由基。如黄嘌呤氧化酶催化黄嘌呤产生尿酸反应中产生,O,2,-,。,除上述几个方法外，还有请氢键破坏等方法也能够产生自由基。,17/160,按照自由基产生方式分为内源性自由基和外源性自由基；,内源性自由基指生物体内产生自由基，主要是,O,2,-,与,OH,及其衍生物如,H,2,O,2,、,O,2,、,RO,、,RO,2,、,ROOH,；,外源性自由基指以物理或化学方法产生自由基，有经过热解、光解、辐射分解使共价键均裂产生，也包含使带有成对电子物质俘获一个电子产生自由基。,18/160,H,2,O,H,OH,带有不成对电子基团称为,自由基,自由基,反应活泼性尤其强,19/160,6.1.2,自由基性质,自由基含有,顺磁性特征,自由基普通含有,活泼化学活性,与本身结构、反应物、反应条件（,温度,最显著）,决定自由基反应关键原因：,自由基中心单电子定域程度；,反应过程中止裂共价键和生成共价键强度。,20/160,6.1.2,自由基性质,1,、独特物理特征,顺磁性,：自由基中未成对电子，因自旋运动产生磁距未被抵消，含有净电子自旋磁矩。在无外加磁场时，未成对电子自旋磁距是随机取向，处于同一个平均能量状态。,当自由基置于外加恒定磁场中，电子自旋磁距就会与外磁场相互作用，其磁距方向就会沿外磁场方向排列，使含有自由基物质表现出净磁化强度，这种现象称之为顺磁性，顺磁性是自由基独特物理特征。,21/160,2,、活泼化学性质,因为自由基含有未成对电子，所以大部分自由基很不稳定，含有活泼化学性质，含有极强攻击作用。,在全部分子成键过程中，电子都是倾向配正确，自由基中未成对电子也有配正确倾向，所以大多数自由基都很活泼，反应性极强，轻易反应生成稳定分子，这一主要性质造成自由基极易进攻细胞、蛋白质、酶和核酸等，这也正是自由基轻易造成机体损害直接原因。,22/160,有少数自由基化学反应性很低，如三苯甲基自由基，这是因为其空间原因和共振效应引发。,23/160,3,、绝大多数自由基半衰期短,在通常条件下极难存在，平均寿命仅有,10,-5,s,，所以不易制备，这就给自由基分离和检测工作带来困难。,24/160,4,、有些自由基如,FMN,或,FAD,含有特征吸收光谱,，,有特殊颜色，这有利于自由基判别。,25/160,6.1.2,自由基性质,5、自由基稳定性,是指自由基碎裂成较小碎片或经过键断裂进行重排倾向。它与结构亲密相关。,R-H键离解能越高，自由基越不稳定。,有共振自由基稳定性增加。Ph-或CH,2,=CH-数目增加，自由基稳定性也增加，这种稳定性增加还包含,空间障碍原因,。,26/160,6.1.3,自由基反应,定义：有自由基参加化学过程,分类：单分子自由基反应,自由基,-,分子相互作用,自由基,-,自由基相互作用,链式反应,27/160,6.1.3,自由基反应,1.,单分子自由基反应,不稳定自由基本身发生,碎裂,和,重排,反应，没有其它反应物参加,。,碎裂：自由基碎裂成一个稳定分子和一个新自由基。,重排,：在环状体系中通常是临近氧,C-C,键断裂生成羰基和一个异构自由基；,1,2-,或,1,5-,氢原子或氯原子转移。,28/160,6.1.3,自由基反应,2.,自由基,-,分子相互作用,自由基与其它反应物分子间相互作用所反生反应。,包含,:(1),加成,(2),取代或夺取,(3),和氧化剂反应,29/160,6.1.3,自由基反应,3,.,自由基,-,自由基相互作用,二聚或偶联,歧化反应,影响自由基反应原因：,位阻效应,溶剂效应,30/160,6.1.3,自由基反应,4.,链式反应,自由基链式反应分为引发、扩展、终止三个阶段。开启和终止阶段反应前后自由基数目发生改变，而增加阶段反应前后自由基数目不变。,以甲烷氯代反应为例：,CH,4,+Cl,2,=CH,3,Cl+HCl,31/160,6.1.3,自由基反应,（,1,）引发：经过热辐射、光照、单电子氧化还原法等伎俩使分子共价键发生均裂产生自由基过程称为引发。,Cl Cl,2 Cl,（,2,）扩展：,Cl+CH,4,CH,3,+HCl,CH,3,+Cl,2,Cl+CH,3,Cl,（,3,）终止：两个自由基相互结合形成份子过程称为终止。,Cl+ClCl,2,Cl+CH,3,CH,3,Cl,CH,3,+CH,3,CH,3,-CH,3,除上述外，自由基还有这可发生裂解、重排、氧化还 原、歧化等反应。,32/160,6.1.4,自由基研究方法,1,.,电子顺磁共振,2,.,脉冲射解与停流技术,3,.,超微弱化学发光法,4.O,2,-,、,H,2,O,2,测定,6.,过氧化产物测定,6,.,相关酶活力测定,（,CAT,、,SOD,）,33/160,6.1.4,自由基研究方法,电子顺磁共振（,EPR,）,EPR,方法就是利用含有未配对电子物质在静磁场作用下对电磁波共振吸收特征来对物质进行检测与分析。,EPR,测量通常是固定微波频率，经过线性扫描磁场来取得信号。,34/160,6.1.4,自由基研究方法,脉冲射解与停流技术,脉冲射解法,，即用一个脉冲式电离辐射源照射化合物溶液，自由基可在微秒或更长时间内产生，而许多自由基吸收光谱与原化合物不一样，可用吸收光谱进行检测。,停流法,，把反应物同时压到石英管中，混合后再进入搜集管。控制条件可使混合液体在石英管中停留很短时间而来不及进行显著反应。进入搜集管液体被迫突然停顿后，石英管中反应才进行直到完成，经过测量吸收光谱改变可算出反应速率。,35/160,6.1.4,自由基研究方法,超微弱化学发光法,超微弱化学发光法，是对,脂质过氧化,过程中自由基反应惯用研究方法。可分为自发发光和诱发发光，诱发发光可采取物理或化学诱发因子。,36/160,6.1.4,自由基研究方法,O,2,-,、,H,2,O,2,测定,O,2,-,测定,：,O,2,-,可使细胞色素,C(CytC,max,570nm),变成还原型,CytC(,max,550nm),，测定,A,，依据消光系数，计算,CytC,还原量间接表示,O,2,-,含量。,H,2,O,2,测定,：,H,2,O,2,max,为,240nm,，依据其消光系数，无干扰物存在可直接采取紫外法测定。,37/160,6.1.4,自由基研究方法,过氧化产物测定,(1),丙二醛,(MDA),测定,：,MDA,是不饱和脂肪酸过氧化产物之一，它产量多寡可表示过氧化程度高低。,(2),共轭双烯测定,：,MDA,易与细胞内其它物质反应，仅测,MDA,含量不足以充分反应客观自由基损伤程度。最好还测定不饱和脂肪酸发生过氧化过程中产生共轭双烯。利用紫外法可直接测定。,38/160,6.1.4,自由基研究方法,相关酶活力测定（,CAT,和,SOD,）,(1),过氧化氢酶,(CAT),活力测定：,分光光度法,、滴定法、侧压法。,分光光度法最惯用，原理是,CAT,能催化,H,2,O,2,变成,H,2,O,和,O,2,，使,H,2,O,2,在,240nm,处吸收值下降，测定单位时间,A,240nm,差值，依据,H,2,O,2,消光系数可计算,CAT,活力。,39/160,6.1.4,自由基研究方法,相关酶活力测定（,CAT,和,SOD,）,(2)SOD(,超氧化物歧化酶,),活力测定：,直接法,，直接测,SOD,所催化反应底物消耗速率或产生速率。,间接法,，原理是有一个产生,O,2,-,系统，让,O,2,-,再产生另一个便于检测反应，经过检测,SOD,对这个反应抑制程度间接计算,SOD,活力。,40/160,6.2,活性氧,概念,O,2,代谢产物及其衍生活性物质，统称为活性氧,(reactive oxygen species,ROS,或,OFR),。如,:,、,OH,、,H,2,O,2,、氢过氧基,(HO,2,-,),、烷氧基,(RO),、烷过氧基,(ROO),、氢过氧化物,(ROOH),等。,41/160,氧及其衍生物,天然存在氧分子是自由基，含有2个不配正确电子，分别位于不一样,*,反键轨道上，有相同自旋量子数（自旋平行），这是氧最稳定状态，称为基态氧（ground state）;,活泼形式氧称为单线态氧，是基态氧接收了能转变成，有2种形式，,1,gO,2,状态比基态氧能量高,93,.7kJ，,1,g,+,O,2,更活泼，比基态氧能量高,156,.9kJ；这两种单线态氧都已不存在自旋限制，氧化能力大大增加。,42/160,由两个氧原子组成氧分子。两侧不成正确电子呈对称，稳定。,普遍存在自由基。单边只有一个电子很不稳定。,单侧电子进入到另一侧轨道上，出现了空轨道，很不稳定。经常发生在紫外线照射下皮下组织里。,由两个氧原子和两个氢组成，即使没有不对称电子，很不稳定。惯用做杀菌剂。也可杀死进入到体内细菌。,最活跃自由基。一个氧原子和一个氢原子形成。过氧化氢和金属离子反应时产生。,43/160,非自由基活性氧特点是能够在自由基反应中产生，同时还能够直接或间接地触发自由基反应。,一些处于激发态含氧有机物，如激发态羰基化合物和二氧乙烷及臭氧等也都属于含有生物学意义活性氧。,44/160,在生物体系中，电子转移是一个基本改变。氧分子能够经过单电子接收反应，依次转变为O,2,、,HO,2,、HOOH、,OH等中间产物。因为这些物质都是直接或间接地由分子氧转化而来，而且含有较分子氧活泼,化学,反应性，遂统称为活性氧，亦称氧自由基。,45/160,6.2.1,体内活性氧产生,O,2,-,产生,(1),酶反应产生：需氧生物体内氧代谢过程可产生,O,2,-,。如,XOD,（黄嘌呤氧化酶）,次黄嘌呤,+2O,2,+H,2,O,黄嘌呤,+2O,2,-,+2H,+,黄嘌呤,+2O,2,+H,2,O,尿酸,+2O,2,-,+2H,+,NADPH,氧化酶,NADPH+2O,2,NADP,+,+2O,2,-,XOD,XOD,46/160,6.2.1,体内活性氧产生,O,2,-,产生,(2),非酶反应产生,:O,2,从还原剂接收一个电子转变成,O,2,-,。,如：一些生物因子（还原型核黄素、半胱氨酸 等）在,O,2,存在下氧化时可产生,O,2,-,；,氧合血红蛋白转变为高铁血红蛋白时可生成,O,2,-,；,体内产生半醌自由基与,O,2,反应生成,O,2,-,；,体内,H,2,O,2,碰到过渡金属离子或其复合物时，均可产生,O,2,-,。,47/160,6.2.1,体内活性氧产生,OH,产生,(1),经过过渡金属离子（,Fe,3+,）催化发生,Haber-Weiss,反应产生,OH,。,M,n+,+O,2,-,M,(n-1)+,+O,2,M,(n-1),+H,2,O,2,M,n+,+,OH+OH,-,_,O,2,-,+H,2,O,2,OH+O,2,+OH,-,这是生物体内,OH,产生主要起源。,48/160,6.2.1,体内活性氧产生,OH,产生,(2),一些酶催化系统可产生,OH,：如前列腺素合成酶、鸟嘌呤环化酶催化反应；,(3),一些生理或病理生理过程可产生,OH,：如嗜中性白细胞及巨噬细胞吞噬细菌时可产生,OH,；,(4),一些药品在体内代谢可能产生,OH,：羟化药品（,5-,羟基巴比妥酸等）及含有醌型抗肿瘤抗生素（博莱霉素）进入生物体内可产生,OH,。,49/160,6.2.1,体内活性氧产生,H,2,O,2,产生,生物体内是经过酶催化反应生成,H,2,O,2,如：,2O,2,-,+2H,+,H,2,O,2,+O,2,黄嘌呤,+2O,2,+H,2,O,尿酸,+2O,2,-,+2H,+,线粒体与内质网产生,O,2,-,是,H,2,O,2,主要起源，其,H,2,O,2,产量约占氧耗量,1.7%,XOD,SOD,50/160,6.2.1,体内活性氧产生,1,O,2,产生,过氧化物酶催化产生,1,O,2,：人嗜中性细胞溶酶体内富含髓过氧化物酶，它能催化反应：,OCl,-,+H,2,O,2,1,O,2,+Cl-+H,2,O,2,一些植物和细菌过氧化物酶催化反应也产生,1,O,2,光敏反应产生,1,O,2,：眼角膜中柱细胞视黄醛在光敏反应中可产生,1,O,2,脂质过氧化过程产生,1,O,2,：,ROO,分子间相互作用,2ROO,ROOR+,1,O,2,51/160,6.2.1,体内活性氧产生,脂质过氧化物产物产生,生物体内,O,2,-,本身并不能使脂质过氧化，只有其质子化产物,HO,2,含有引发脂质过氧化作用；,OH,可引发脂质过氧化；,1,O,2,可在脂质过氧化过程中产生并引发脂质过氧化，但首要前提是要有其它活性物质（,OH,）作为,最初引发剂,。,52/160,6.2.1,体内活性氧产生,脂质过氧化物产物产生,RO,、,RO,2,和,ROOH,是脂质过氧化产物。,正常生理下，此产物含量极低且可转化为无害物质。病理条件下，外源性物质（毒物、药品等）可间接引发脂质过氧化；内源性活性氧增加则可使脂质过氧化发生或加强。其产物对机体将产生损害。,53/160,6.2.1,体内活性氧产生,脂质过氧化物产物产生,它由引发、增加、终止三个阶段组成。,增加阶段可产生各种自由基，如脂质过氧自由基,(ROO,)、脂氧自由基(RO,)、脂自由基(R,)。,终止阶段可产生各种小分子产物如丙二醛(MDA)等。,54/160,6.2.1,体内活性氧产生,脂质过氧化物产物产生,引发剂,：光、射线或自由基,链式反应,：脂质分子,LH脱去1个氢原子形成脂质自由基L,，此脂质自由基再与氧反应生成脂质过氧自由基,LOO,。此过氧自由基再进攻其它脂质分子，夺取其氢原子，再生成新自由基和脂质过氧化物,LOOH，此反应重复进行，从而造成脂质分子不停消耗和脂质过氧化物大量生成。,55/160,6.2.1,体内活性氧产生,脂质过氧化物产物产生,终产物,：最终生成小分子醛、酮、羧酸以及烷烃和烯烃产物。,在脂质过氧化过程中，过渡元素金属离子起着加速脂质过氧化作用，,2LOOH LO +LOO +H,2,O,56/160,它由引发、增加、终止三个阶段组成。,增加阶段可产生各种自由基，如脂质过氧自由基,(ROO,)、脂氧自由基(RO,)、脂自由基(R,)。,终止阶段可产生各种小分子产物如丙二醛(MDA)等。,57/160,6.2.2,活性氧毒性,OH,毒性,OH,是活性氧中最活泼，几乎能与细胞中任何分子发生反应，且反应速率极快。,（,1,）夺氢反应：如,OH,与膜上卵磷脂经过夺氢反应产生碳自由基而造成膜损伤。还有,OH,能攻击,DNA,中脱氧核糖产生许多不一样产物，其中有具致突变作用。,（,2,）加成反应：如,OH,能加到,DNA,碱基双键上。,（,3,）电子转移：,OH,可与无机或有机物发生电子转移。,58/160,6.2.2,活性氧毒性,O,2,-,毒性,O,2,-,对细胞损伤作用主要表现为使核酸链断裂、多糖解聚、不饱和脂肪酸过氧化，进而造成膜损伤，使一些酶失活和改变线粒体氧化磷酸化作用等。,O,2,-,在水中主要起还原剂作用，经过歧化反应生成,H2O2,。,SOD&CAT,有防护作用，推测,O,2,-,不能单独造成损伤。,59/160,6.2.2,活性氧毒性,O,2,-,毒性,O,2,-,之所以有毒性主要在于它能够生成更活泼,OH,，这就是,Haber-Weiss,反应。,O,2,-,+H,2,O,2,OH+OH,-,+O,2,不过机体内,O,2,-,和,H,2,O,2,浓度不可能使此反应进行，,McCord,等为此提出一个铁催化,H-W,反应（因体内必定含有铁离子）,60/160,6.2.2,活性氧毒性,铁催化,H-W,反应,Fe,3+,+,O,2,-,Fe,2+,+O,2,Fe,2+,+H,2,O,2,Fe,3+,+OH+OH,-,(Fenton,反应,),O,2,-,+H,2,O,2,OH+OH,-,+O,2,(,Haber-Weiss,反应,),O,2,-,和,H,2,O,2,活泼性较低，可从产生处扩散出去，在细胞其它部分碰到过渡金属离子时即可生成,OH,。,OH,极活泼，马上与周围分子反应而表现出毒性。,61/160,6.2.2,活性氧毒性,H,2,O,2,毒性,H,2,O,2,是个强氧化剂，可使一些酶,-SH,氧化而失活。,H,2,O,2,惯用作消毒剂，它能杀菌和损伤动物细胞。其毒性原因可能是经过,H-W,反应生成,OH,。当,H,2,O,2,与紫外线结合使用，杀菌效果更加好，可能是紫外线使,H,2,O,2,均裂成,OH,。,62/160,6.2.2,活性氧毒性,1,O,2,毒性,1,O,2,分子中没有不成对电子，不是自由基。,1,O,2,与其它分子作用有两种方式：即化合和能量转移。有时这两个反应可同时发生。,1,O,2,可与含有,C=C,结构化合物化合，这在脂质过氧化作用中十分主要。,1,O,2,可氧化色氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、组氨酸引发蛋白质损伤。另外还可损伤,DNA,。,63/160,6.2.2,活性氧毒性,脂质过氧化产物毒性,脂质是过氧化是指脂质中不饱和脂肪酸氧化讲解链反应过程，它由引发、扩展、终止三个阶段组成。,扩展阶段产生各种自由基，如脂过氧自由基；终止阶段产生各种小分子产物，如,MDA,等。,脂质过氧化物都有毒性，可引发各种细胞功效损伤，且和各种疾病发生、发展有亲密关系。,64/160,6.2.2,活性氧毒性,脂质过氧化产物毒性,生物膜上脂质过氧化，对膜损伤是严重，如使膜流动性下降，使膜坚固性破坏等。,醛类,(MDA),是脂质过氧化终产物，能与蛋白质,-SH,和,-NH,2,作用，既可产生蛋白质分子内交联，使依赖,-SH,和,-NH,2,维持活性酶失活，使激素受体受伤。,65/160,6.2.2,活性氧毒性,脂质过氧化产物毒性,1.脂质过氧化可使细胞脂质受到破坏，从而影响细胞膜功效。,细胞和细胞器膜由脂质（磷脂，胆固醇）和脂蛋白组成。脂质内脂肪酸分饱和和不饱和二大类，饱和脂肪酸使膜坚硬，不饱和脂肪酸使膜柔软且富于流动性。二者百分比适当才能维持细胞膜即坚又软特征，维持细胞膜完整和通透性。脂质过氧化消耗大量不饱和脂肪酸，产生大量脂质过氧化物，使细胞膜流动性降低，使膜脆性增加，线粒体膨胀，溶酶体膜通透性增强，释放溶酶体酶，造成细胞裂解、坏死。,66/160,6.2.2,活性氧毒性,脂质过氧化产物毒性,2.,脂质过氧化中间产物对蛋白质分子作用,过氧化过程中产生,L,、LO,、LOO,与蛋白质分子发生夺氢反应，使蛋白质分子变为自由基，最终造成蛋白质聚合，使蛋白质变性，酶失活。,67/160,6.2.2,活性氧毒性,脂质过氧化产物毒性,3.脂质过氧化产物中醛类化合物对细胞也有毒性作用,如,MDA是1个双功效基化合物，可作交联剂，能与蛋白质、核酸、磷脂等含氨基化合物反应，使之发生交联，丧失功效。,醛类化合物还可与蛋白质巯基反应，使其失活。,68/160,6.2.3,体内活性氧去除,体内产生自由基如积累，将对细胞产生损伤，必须及时将其去除，在长久进化过程中，机体内存在着完整防御系统，它对自由基造成损伤现有,预防性质,，也有,阻断性质,，还有,修复性质,，其中起主要作用是一些酶类。,自由基去除剂：,凡能和自由基反应使之成为非自由基化合物称为自由基去除剂。,69/160,6.2.3,体内活性氧去除,（一）酶类抗氧化剂,酶既是自由基攻击靶分子，又是自由基天然去除剂。,O,2,还原为水过程中第一个中间产物是,O,2,-,。在体内,SOD,能将,O,2,-,歧化为,H,2,O,2,，而,CAT,或,GSH-Px,或其它过氧化物酶可催化,H,2,O,2,生成水。这是生物体内对活性氧解毒一条及其主要路径。,假如体内产生,O,2,-,、,H,2,O,2,超出了上述酶去除能力，则会产生毒性最强,OH,，并对机体产生严重损伤。,70/160,6.2.3,体内活性氧去除,1、超氧化物歧化酶(Superoxid Dismutase,SOD),2、过氧化氢酶（(Catalase,CAT),3、硒谷胱甘肽过氧化物酶(SeGSHPx),4、谷胱甘肽硫转移酶(Non-Se-GSHPx),71/160,6.2.3,体内活性氧去除,1.超氧化物歧化酶（SOD）,正常生物体含有维持活性氧平衡生理浓度能力，过多O,2,依靠SOD消除；,SOD由蛋白质和金属离子组成，广泛存在于自然界动植物和一些微生物体内；,催化反应：,研究表明：人体一些病变可反应在SOD与O,2,含量改变上，对SOD降低或O,2,增加疾病可用SOD药品来治疗。,72/160,6.2.3,体内活性氧去除,.过氧化氢酶（CAT）,H,2,O,2,是自由基链式反应中间产物，极易还原为化学活性很强OH，CAT可使H,2,O,2,分解为H,2,O，使H,2,O,2,不致与O,2,在铁螯合物作用下生成非常有害OH；,CAT是H,2,O,2,特异去除剂，利用CAT可简便准确地检测出H,2,O,2,；,CAT大部分局限在过氧化物酶体。,73/160,6.2.3,体内活性氧去除,硒谷胱甘肽过氧化物酶(SeGSHPx),是去除脂质过氧化物与H,2,O,2,去除剂，它可使ROOH和H,2,O,2,转变为对机体无毒副作用产物，从而终止脂质过氧化作用，预防组织中尤其是不含CAT组织（如脑）中H,2,O,2,损伤作用。,74/160,6.2.3,体内活性氧去除,4、谷胱甘肽硫转移酶(Non-Se-GSHPx),主要和亲电药品结合，起解毒作用，和,SeGSHPx协同起作用还原脂质过氧化物，减轻脂质过氧化对机体损伤，但不能催化H,2,O,2,还原为,H,2,O；,GSHPx包含SeGSHPx 和Non-Se-GSHPx，主要分布在胞液（75%）和线粒体基质（25%）中，GSSG积累后由谷胱甘肽还原酶还原为GSH；,不一样组织中GSHPx分布也不相同。,75/160,6.2.3,体内活性氧去除,（二）非酶性防御系统（抗氧化剂）,含有还原性，可抑制开启自由基链反应，阻止自由基反应传输，终止自由基反应化合物称为,抗氧化剂,。,76/160,77/160,1、脂溶性,（,1）Vit E （2）胡萝卜素,（3）CoQ (4）激素,2、水溶性,（,1）Vit C （2）谷胱甘肽,（3）尿酸,3、蛋白类,（,1）铜兰蛋白 （2）胆红素,（3）其它血浆蛋白,6.2.3,体内活性氧去除,78/160,6.2.3,体内活性氧去除,新抗氧化剂：多酚类物质,多酚是一类主要膳食非营养成份，包含酚酸、类黄酮、木酚素、香豆素和单宁等。,原花青素是多酚中较大分子，也被称作单宁，在植物皮、种籽核及木实质中含量较高。最早研究目标是其抗营养性能，它能够与蛋白质、消化酶形成难溶于水复合物，影响食物消化吸收。花色素是植物大多数品种红、蓝、紫色起源。,79/160,6.2.3,体内活性氧去除,最近对于原花青素抗氧化作用研究较多，证实含有去除体内自由基，减轻脂质过氧化；保护细胞膜和,DNA 免受氧化损伤，干扰激素结合于细胞，络合金属、诱导改变致癌性酶；抗诱变和抗癌作用；抑制血小板聚集、消炎；抗过敏；抗衰老。,80/160,6.2.3,体内活性氧去除,抗氧化酶及其作用机制,抗氧化酶指去除活性氧酶，它含有以下特点：,A、细胞含量高度特异性，有专门亚细胞定位，这些定位经常以互补方式重合。,B、含有专门金属，尤其是Cu，Mn，Zn，Fe，Se。,抗氧化酶分布广泛性说明它们在生物体系中，在预防自由基损伤中含有主要作用。,81/160,抗氧化酶在去除自由基过程中协同作用,82/160,抗氧化剂及其作用机制,抗氧化剂和自由基是一对矛盾体。抗氧化剂分子结构比较特殊，它电子是单个排列，它能够给出电子中和自由基，而本身不会形成有危害物质，也不会发生链式反应，经过去除自由基到达抗氧化目标。,常见抗氧化剂有,VC、VE、-胡萝卜素等。,6.2.3,体内活性氧去除,83/160,84/160,6.2.3,体内活性氧去除,其它化合物去除作用,含硫化合物：如麦角硫因、半胱氨酸，能够经过给氢过程而抑制自由基引发反应。,V,E,和,Vc,：,V,E,能抑制脂质过氧化作用，而,Vc,能与前面反应自由基中间体反应使,V,E,重新生成，反应中产生,Vc,自由基可被,NADH,还原酶还原成,Vc,。,-,胡萝卜素与,NADPH:,它们均能够是,CCl,3,O,2,转变成,CCl,3,O,2,-,，使,R,转变成,RH,，起到减轻自由基损失作用。,尿酸：是,OH,去除剂,85/160,6.3,自由基生理功效,生命过程中产生自由基，是行使生理功效及介导其生化反应所必需。,86/160,6.3,自由基生理功效,体内产生自由基主要路径,白细胞和多形核白细胞在吞食外来异物和细菌过程产生呼吸暴发，释放大量活性氧，其中包含超氧阴离子自由基、羟基自由基、过氧化氢、单线态氧等。它们既能够作为杀伤外来入侵者有力武器，在炎症和免疫方面发挥着巨大作用，不过也能够对正常细胞膜及其它细胞成份产生损伤作用。,87/160,6.3,自由基生理功效,体内产生自由基主要路径,线粒体正常功效是经过氧化磷酸化在呼吸链上将氧气还原成水，合成ATP，为细胞提供能量。但有1-3氧气生成自由基。这些自由基假如泄漏出来，就会造成严重细胞损伤。,88/160,6.3,自由基生理功效,1.,吞噬作用,吞噬细胞碰到侵入病菌时，细胞膜凹陷，然后把整个病菌包围并形成吞噬体再转入细胞质内。质膜表面成了吞噬体内表面，膜上,NADPH,氧化酶产生氧自由基，并进入吞噬体内杀灭细菌。,氧在吞噬细胞杀菌时必不可少，要利用它来形成各种有杀菌能力活性氧。,89/160,6.3,自由基生理功效,2.,在生物合成中作用,一些物质生物合成过程中有氧自由基参加，如：在凝血酶原前体生成凝血酶原过程中，维生素,K,是不可缺乏因子。,90/160,6.3,自由基生理功效,胶原蛋白生成,胶原蛋白是体内含量最多蛋白质，约占蛋白总量,1/41/3。胶原蛋白前体为原胶原蛋白，原胶原蛋白转化成胶原蛋白关键步骤是羟化作用，羟化过程需要自由基参加。,91/160,6.3,自由基生理功效,脯氨酸（,Lys)羟脯氨酸(羟赖氨酸）,在胶原蛋白结构中含有羟脯氨酸、羟赖氨酸、半乳糖基羟赖氨酸和葡萄糖基半乳糖基羟赖氨酸都由羟化作用形成。这些酶促反应都需要O,2,，,OH，H,2,O,2,，,1,O,2,参加。,92/160,6.3,自由基生理功效,凝血酶原合成,凝血酶原是由凝血酶原前体转变而来，当凝血酶原氨基端,10个Glu残基经羧化转为-羧基谷氨酰残基后便形成凝血酶原，在羧化过程中，O,2,-,是必不可少。,93/160,6.3,自由基生理功效,3.,解毒作用,机体对外来毒物解毒作用主要在肝脏中进行，其解毒作用实际上是有肝微粒体细胞色素,P,450,催化使外来毒物羟化过程。对象能够是抗生素、麻醉剂等各种药品、各种致癌物。,94/160,6.3,自由基生理功效,4.,其它方面,植物对创伤响应,植物组织受伤时可促发一系列反应形成脂质过氧化物和它们终产物，这些物质在杀死进入伤口病菌方面起主要作用。,95/160,6.3,自由基生理功效,排除多精受精,海胆受精作用与活性氧相关。受精作用进行时诱导氧消耗突发并在卵表面形成一层膜，该膜含有交联酪氨酸残基。膜形成能够阻止更多精子进入，故而排除多精受精现象。,96/160,6.3,自由基生理功效,一氧化氮自由基在脑发育过程起着主要作用，它是神经传导逆信使，在学习和记忆过程中发挥着主要作用。,植物中叶绿体光合作用产生大量自由基，甚至在一些植物抗病、感病和免疫过程中自由基也发挥着主要作用。,97/160,6.4,自由基与癌症,1.,自由基与致癌物活化,化学致癌剂（,多环芳烃、芳胺、硝基和亚硝基化合物,）须经过一个代谢或体外活化阶段，从分子状态改变成自由基后才致癌。,体外经,光、电、辐射或燃烧,可活化形成自由基。体内活化主要在,肝、肾微粒体,和,消化道菌落,中进行，它是被,NADPH-,细胞色素,P,450,系统催化一系列氧化还原过程。,98/160,6.4,自由基与癌症,2.,自由基与诱癌和促癌作用,细胞发生癌变须经历诱发和促进两步。,诱发阶段,，人成纤维细胞在荧光诱发下发生染色体断裂和交换是因为产生了,H,2,O,2,和,OH,自由基破坏碱基，使,DNA,链断裂或交联，引发染色体异常，最终造成细胞突变。脂质过氧化物既能致癌又能致突变。,99/160,6.4,自由基与癌症,2.,自由基与诱癌和促癌作用,促癌阶段,，自由基参加促癌过程依据为：,各种促癌剂本身能产生自由基,经典促癌剂刺激氧自由基产生，且它促癌能力与其产生自由基能力相平,促癌剂抑制抗氧化防御机制,许多抗氧化剂（,Ve,、,Vc,等）能抑制促癌剂促癌作用，也能抑制自由基产生,100/160,6.4,自由基与癌症,3.,自由基与抗癌作用,活性氧有杀伤正常细胞能力，癌细胞内抗氧化酶普遍下降，活性氧对癌细胞杀伤力更大。,一些抗肿瘤抗生素（道诺霉素、阿霉素）含有醌式结构，它们可经过半醌自由基与氧生成,O,2,-,。（,醌类,抗癌药品共同机理）,其它许多抗肿瘤抗生素（黑孢霉素、博莱霉素等）也都与自由基相关。,101/160,6.5,自由基与衰老,衰老自由基学说,1956,年由,Harman,提出，认为伴随年纪增大退行性改变是有自由基引发组织随机毒害结果。,正常情况下，机体内自由基产生与去除处于动态平衡。当自由基产生增高或自由基去除减弱，过量自由基对巨细胞主要生物大分子化学结构产生破坏。,102/160,6.5,自由基与衰老,自由基损伤作用,1,.,脂质过氧化和生物膜损伤,自由基对细胞膜损伤是作用于细胞膜及亚细胞器膜上多聚不饱和脂肪酸，使其发生脂质过氧化反应，首先自由基与膜上酶或,/,和受体共价结合，改变膜成份活性及其结构，另首先膜上巯基被氧化，造成膜运动过程紊乱，造成膜流动性下降，膜脆性增加，细胞内外离子交换障碍。,103/160,6.5,自由基与衰老,自由基损伤作用,2.,核酸损伤,这是造成生理紊乱并加速衰老一个主要原因。其中,DNA,损伤占主要地位。最普通类型有,:,无碱基位点：核苷酸,尤其嘌呤,上会发生,N-,核糖键断裂,碱基,-,核苷酸变更,嘧啶二聚体：双链,