活性氧和氮物種的合成與代謝PPT課件

1、前言前言 證據(jù)表明證據(jù)表明, ,急性體力活動可通過多種機制誘導增強氮物急性體力活動可通過多種機制誘導增強氮物種的產(chǎn)生；種的產(chǎn)生； 為應對劇烈的體力活動而形成為應對劇烈的體力活動而形成活性氧和氮物種（活性氧和氮物種（RONSRONS），會導致會導致氧化應激氧化應激； RONS RONS作為信號分子，調(diào)節(jié)一系列生理功能；作為信號分子，調(diào)節(jié)一系列生理功能； RONS RONS種通過氧化還原敏感性轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)基因表達；種通過氧化還原敏感性轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)基因表達； 訓練似乎能改變訓練似乎能改變RONSRONS的生成，從而在慢性疾病的治療和的生成，從而在慢性疾病的治療和預防過程中發(fā)揮有益作用預防過程中發(fā)揮有

2、益作用第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝第1頁/共29頁1、有關(guān)活性氧和氮物種的基本知識、有關(guān)活性氧和氮物種的基本知識（生成特性、作用機制、生理功能、構(gòu)成抗氧化系統(tǒng)）（生成特性、作用機制、生理功能、構(gòu)成抗氧化系統(tǒng)）2、急性和慢性運動在形成、作用、調(diào)節(jié)活、急性和慢性運動在形成、作用、調(diào)節(jié)活 性氧和氮物種特性上的具體影響性氧和氮物種特性上的具體影響第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：第2頁/共29頁1. 生物體內(nèi)的活性氧和氮物種生物體內(nèi)的活性氧和氮物種第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝

3、自由基：自由基：是在其軌道中存在具有非常明顯的化學是在其軌道中存在具有非常明顯的化學活性的活性的一個或多個不成對電子一個或多個不成對電子 的原子或分子的原子或分子通常，用一個點通常，用一個點“ . ”來象征自由基物質(zhì)來象征自由基物質(zhì)如氫自由基如氫自由基H 氯自由基氯自由基Cl 羥基自由基羥基自由基(OH)第3頁/共29頁活性氧活性氧: : 是指那些是指那些含氧的含氧的具有比較強的氧化和還原性質(zhì)的具有比較強的氧化和還原性質(zhì)的自自由基和非自由基氧的衍生物由基和非自由基氧的衍生物（如：超氧陰離子（如：超氧陰離子.O2-、過氧化氫、過氧化氫H H2 2O O2 2、羥自由基、羥自由基OH）活性氮：活性

4、氮：NONO代謝產(chǎn)生一系列復合物的總稱代謝產(chǎn)生一系列復合物的總稱（如：一氧化氮（如：一氧化氮.NO、二氧化氮、二氧化氮.NO 、 過氧化亞硝酸鹽過氧化亞硝酸鹽.ONOO-）第4頁/共29頁第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝活性活性最強最強的含氧物質(zhì)是的含氧物質(zhì)是羥自由基（羥自由基（OH - ）基礎條件下，基礎條件下，身體產(chǎn)生的總的身體產(chǎn)生的總的. .O O2 2- -的量接近的量接近2 2公斤公斤/ /年年一氧化氮（一氧化氮（. .NONO）生成量達）生成量達9 9公斤公斤/ /年年第5頁/共29頁2. 活性氧和氮物種產(chǎn)生的機制活性氧和氮物種產(chǎn)生的機制 (Mec

5、hanisms of RONS generation)第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝第6頁/共29頁 2.1. 氧為中心的活性物種及其衍生物氧為中心的活性物種及其衍生物（oxygen-centered reactive species and their derivates）第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝NADPHNADPH氧化酶：氧化酶：是血管內(nèi)生成活性氧簇（是血管內(nèi)生成活性氧簇（ROSROS） 的主要酶體；存在于的主要酶體；存在于吞噬細胞吞噬細胞和多種和多種 其它細胞（如血管平滑肌細胞、內(nèi)皮細其它細胞（如血管平滑肌細胞

6、、內(nèi)皮細 胞、心臟和骨骼肌細胞）中；胞、心臟和骨骼肌細胞）中；由由非非吞噬細胞的吞噬細胞的NADPHNADPH氧化酶所形成的活性氧程度氧化酶所形成的活性氧程度較低較低但在氧化還原敏感性信號傳導途徑的調(diào)節(jié)中起著重要的作用但在氧化還原敏感性信號傳導途徑的調(diào)節(jié)中起著重要的作用第7頁/共29頁第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝內(nèi)皮細胞的內(nèi)皮細胞的NADPHNADPH氧化酶氧化酶血管平滑肌細胞血管平滑肌細胞的的NADPHNADPH氧化酶氧化酶刺刺激激血小板源性生長因子血小板源性生長因子凝血酶凝血酶腫瘤壞死因子腫瘤壞死因子-機械力機械力刺刺激激第8頁/共29頁超氧自由基（超

7、氧自由基（. .O O2 2- -）通過）通過線粒體電子傳遞鏈線粒體電子傳遞鏈氧化氧化還原反應連續(xù)地產(chǎn)生。還原反應連續(xù)地產(chǎn)生。 O2+4e 2H2O如此利用的氧約占組織耗氧總量的如此利用的氧約占組織耗氧總量的90%98%90%98% O2+e .O2- 發(fā)生在所有含線粒體的細胞中發(fā)生在所有含線粒體的細胞中 .O2- .OH 細胞色素氧化酶鐵催化第9頁/共29頁黃嘌呤氧化酶催化的反應：黃嘌呤氧化酶催化的反應：次黃嘌呤次黃嘌呤 + H + H2 2O + OO + O2 2 黃嘌呤黃嘌呤 + H + H2 2O O2 2黃嘌呤黃嘌呤 + H + H2 2O + 2OO + 2O2 2 尿酸尿酸+

8、2+ 2. .O O2 2- - + 2H + 2H+ +這種活性氧的生成過程已經(jīng)在代謝性應激下被研究，這種活性氧的生成過程已經(jīng)在代謝性應激下被研究，在細胞缺氧復氧損傷中起著特殊的作用在細胞缺氧復氧損傷中起著特殊的作用. .第10頁/共29頁芬頓反應：芬頓反應：FeFe3+3+ + H + H2 2O O2 2 Fe Fe2+2+ + OH + + OH + . .OHOH- -( (羥自由基羥自由基) ) 銅也有與銅也有與H H2 2O O2 2形成反應生成形成反應生成. .OHOH- -的潛力的潛力第11頁/共29頁前列腺素的生物合成伴隨著活性氧的產(chǎn)生前列腺素的生物合成伴隨著活性氧的產(chǎn)生;

9、 ;通過脂氧合酶轉(zhuǎn)換花生四烯酸為白三烯，通過脂氧合酶轉(zhuǎn)換花生四烯酸為白三烯，已被確定為是活性氧的一個來源已被確定為是活性氧的一個來源; ;第12頁/共29頁2.2. 氮為中心的活性物種及其衍生物氮為中心的活性物種及其衍生物（nitrogen-centered reactive species and their derivates）第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝 L-L-精氨酸精氨酸 + NOS + O + NOS + O2 2 NO + L- NO + L-瓜氨酸瓜氨酸第13頁/共29頁分布于神經(jīng)元細胞分布于神經(jīng)元細胞血管內(nèi)皮細胞血管內(nèi)皮細胞免疫細胞免疫細

10、胞第14頁/共29頁血管通過血管通過內(nèi)皮型內(nèi)皮型NOS形成一氧化氮，是直接通過形成一氧化氮，是直接通過增增加血液流動和剪切力加血液流動和剪切力來促進的；來促進的；由于由于損傷或肌肉機械活動損傷或肌肉機械活動，神經(jīng)型神經(jīng)型NOS蛋白表達蛋白表達增加，而神經(jīng)損傷后它的表達會降低增加，而神經(jīng)損傷后它的表達會降低;神經(jīng)型神經(jīng)型NOS內(nèi)皮型內(nèi)皮型NOS 相比之下，誘導型相比之下，誘導型NOS的活性不依賴于細胞內(nèi)鈣離子，的活性不依賴于細胞內(nèi)鈣離子，主要由信號轉(zhuǎn)導通路轉(zhuǎn)錄水平進行調(diào)控主要由信號轉(zhuǎn)導通路轉(zhuǎn)錄水平進行調(diào)控;一旦表達，一旦表達，誘導型誘導型NOS生成一氧化氮的含生成一氧化氮的含量很高量很高，這，這

11、一過程一過程可以持續(xù)幾個小時甚至幾天可以持續(xù)幾個小時甚至幾天;產(chǎn)生低水平的一氧化氮活化產(chǎn)生低水平的一氧化氮活化第15頁/共29頁2.3. 免疫活性細胞免疫活性細胞（immunocompetent cells）第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝 在刺激過程中，在刺激過程中，中性粒細胞和巨噬細胞中性粒細胞和巨噬細胞可通過可通過激活激活吞吞噬細胞的噬細胞的NADPHNADPH氧化酶氧化酶產(chǎn)生大量的超氧化物及其活性衍生產(chǎn)生大量的超氧化物及其活性衍生物物; ; 此外，此外，NADPHNADPH氧化酶也存在于氧化酶也存在于嗜酸性粒細胞嗜酸性粒細胞中，可以誘中，可以誘導活性氧

12、的形成導活性氧的形成; ;第16頁/共29頁第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝2.O2- + 2H+ H2O2 + O2超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶超氧化物歧化超氧化物歧化:H2O2 + Cl- HOCl 髓過氧化物酶髓過氧化物酶呼吸爆發(fā)：呼吸爆發(fā)：再灌注再灌注組織重新獲得氧供應的短時間內(nèi)組織重新獲得氧供應的短時間內(nèi)激活的中性粒細胞耗氧量顯著增加，產(chǎn)生大量氧自激活的中性粒細胞耗氧量顯著增加，產(chǎn)生大量氧自由基，又稱為氧爆發(fā)。由基，又稱為氧爆發(fā)。第17頁/共29頁 多種免疫活性細胞在多種免疫活性細胞在炎性刺激炎性刺激下（如細胞因子和內(nèi)下（如細胞因子和內(nèi)毒素刺激），可

13、引起毒素刺激），可引起誘導型一氧化氮合酶誘導型一氧化氮合酶表達；表達； 缺氧缺氧、高溫高溫和和低濃度低濃度.NO本身，是非炎癥性本身，是非炎癥性誘導型誘導型一氧化氮合酶一氧化氮合酶的誘導劑；的誘導劑；相反，相反，皮質(zhì)醇皮質(zhì)醇和和更高濃度的更高濃度的.NO將發(fā)揮抑制作用；將發(fā)揮抑制作用； 在在某些條件某些條件下，一些下，一些非免疫細胞非免疫細胞（如肝細胞、上皮（如肝細胞、上皮細胞、心臟和骨骼肌細胞），也能夠細胞、心臟和骨骼肌細胞），也能夠引起誘導型一氧引起誘導型一氧化氮合酶表達；化氮合酶表達；第18頁/共29頁3. 活性氧和活性氮的作用機制活性氧和活性氮的作用機制 （RONS-mechanism

14、s of action）第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝 活性氧和氮物種的特性，產(chǎn)生一種強大的活性氧和氮物種的特性，產(chǎn)生一種強大的破壞作用破壞作用，它是對脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸、以及細胞外基質(zhì)產(chǎn)生它是對脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸、以及細胞外基質(zhì)產(chǎn)生破壞性影響的基礎破壞性影響的基礎; ; 另一方面，活性氧和氮的物種如在嚴格控制的條件另一方面，活性氧和氮的物種如在嚴格控制的條件下下中等水平（適度）的生成中等水平（適度）的生成，在各種信號傳導過程中，在各種信號傳導過程中承擔起承擔起調(diào)節(jié)介質(zhì)的作用調(diào)節(jié)介質(zhì)的作用, ,實現(xiàn)重要的生理功能實現(xiàn)重要的生理功能; ;第19頁/共29頁3.

15、1. 生物系統(tǒng)中的氧化應激生物系統(tǒng)中的氧化應激(oxidative stress in the biological system)第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝 如果活性氧的如果活性氧的產(chǎn)生過多或快速產(chǎn)生過多或快速，系統(tǒng)可能無法，系統(tǒng)可能無法充分反應充分反應。細胞的氧化還原狀態(tài)細胞的氧化還原狀態(tài)轉(zhuǎn)向促氧化狀態(tài)轉(zhuǎn)向促氧化狀態(tài)，增強脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸的增強脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸的氧化修飾氧化修飾。氧化修飾：氧化修飾：是細胞內(nèi)的活性氧誘導生物大分子是細胞內(nèi)的活性氧誘導生物大分子發(fā)生氧化反應引起的結(jié)構(gòu)及構(gòu)象改變。發(fā)生氧化反應引起的結(jié)構(gòu)及構(gòu)象改變。氧化應激：氧化應激：

16、是指機體在遭受各種是指機體在遭受各種有害刺激有害刺激時時,體內(nèi)體內(nèi)高活性分高活性分子子如活性氧和活性氮如活性氧和活性氮產(chǎn)生過多產(chǎn)生過多,氧化程度超出氧化氧化程度超出氧化物的清除物的清除,氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡,從而導致組從而導致組織損傷?？棑p傷。第20頁/共29頁(lipids peroxidation)第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝 脂質(zhì)過氧化過程中的脂質(zhì)脂質(zhì)過氧化過程中的脂質(zhì)過氧化物的積累過氧化物的積累，對細胞膜會產(chǎn)生破壞影響對細胞膜會產(chǎn)生破壞影響,干擾細胞的完整性干擾細胞的完整性;第21頁/共29頁(protein oxida

17、tion)第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧的作用包括在活性氧的作用包括在氨基酸殘基氨基酸殘基（如精氨酸、甲硫氨酸、（如精氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、色氨酸、賴氨酸）中的半胱氨酸、色氨酸、賴氨酸）中的各種氧化修飾各種氧化修飾;氧化蛋白質(zhì)損傷研究中最常用的標記是氧化蛋白質(zhì)損傷研究中最常用的標記是活性羰基衍生活性羰基衍生物（物（RCDRCD）修飾的蛋白質(zhì)會影響其生理功能和加速蛋白水解降解修飾的蛋白質(zhì)會影響其生理功能和加速蛋白水解降解; ;氧化蛋白的積累氧化蛋白的積累已是公認的逐漸已是公認的逐漸發(fā)生在老化的過程中發(fā)生在老化的過程中，并，并且與一系列且與一系列疾病的

18、嚴重程度相關(guān)疾病的嚴重程度相關(guān)第22頁/共29頁 (oxidative DNA damage)(oxidative DNA damage)第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝DNADNA已被認為是氧化損傷最顯著的生物標記已被認為是氧化損傷最顯著的生物標記每個人體細胞平均每天至少發(fā)生幾百個每個人體細胞平均每天至少發(fā)生幾百個DNADNA氧化損傷氧化損傷核核DNADNA（nDNAnDNA）氧化損傷被認為是在癌癥發(fā)展中）氧化損傷被認為是在癌癥發(fā)展中 的一個潛在的病理生理學因素的一個潛在的病理生理學因素細胞通過復雜的細胞通過復雜的DNADNA修復酶系統(tǒng)，能快速修復修復酶系統(tǒng)，能快速修復DNADNA的損傷。的損傷。第23頁/共29頁3.2. 活性氮物種的作用機制活性氮物種的作用機制 (RNS-mechanisms of actions)第九章第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝活性氧和氮物種的合成與代謝ONOO- ONOO- 的加入會導致脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和的加入會導致脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNADNA的氧化與的氧化與硝化，導致細胞死亡硝化，導致細胞死亡 .NO + .O2- ONOO- ( ( 過氧亞硝基陰離子過氧亞硝基陰離子 ) )第24頁/共29頁活性氧和一氧化氮的作用，反映了一個重要的活