氧自由基在生物體內(nèi)中的作用市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

1、 氧自由基在生物體內(nèi)中作用第1頁目錄背景氧自由基概念自由基種類氧自由基產(chǎn)生氧自由基生物學(xué)作用氧自由基檢測方法氧自由基去除第2頁背景 氧是維持人體生命活力最必需物質(zhì)，生物氧化是生命活動(dòng)基礎(chǔ)，但氧代謝中間產(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氧自由基等) 對機(jī)體卻含有損傷作用，能夠造成生物膜系統(tǒng)損傷以及細(xì)胞內(nèi)氧化磷酸化障礙。近年來，氧自由基在生物醫(yī)學(xué)中作用已成為一個(gè)非?；钴S研究領(lǐng)域,臨床觀察資料和試驗(yàn)研究結(jié)果表明，不少疾病發(fā)生或其病剪發(fā)展過程與自由基、脂質(zhì)過氧化相關(guān)；人類衰老過程也受其影響。氧自由基及其毒性已日益引發(fā)人們更多注視。第3頁健康長壽殺手-氧自由基自由基：是指能獨(dú)立存

2、在, 含有1個(gè)或1 個(gè)以上不配對電子任何原子或原子團(tuán), 分為氧自由基和脂自由基。與人類疾病關(guān)系親密自由基, 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)體正常代謝中間產(chǎn)物, 由氧分子直接或間接衍化而成。氧自由基：是含有未配對電子氧原子、原子團(tuán)或分子。生理狀態(tài)下, 機(jī)體吸人氧98%經(jīng)過一次接收4個(gè)電子與H十結(jié)合還原成水,另外2%氧經(jīng)過單價(jià)還原而成高能態(tài)不穩(wěn)定活性氧一一氧自由基。第4頁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）氫過氧自由基（HOO.）烷自由基（R.）烷氧自由基（RO.）烷過氧自由基（ROO.）活性氧（ROS）第5頁氧自由基產(chǎn)生 氧自由基起源

3、主要有兩個(gè)方面： 一是電離輻射、一些藥品、酒精、吸煙或高壓氧中毒等，這些稱外源性自由基；二是機(jī)體在代謝過程中產(chǎn)生自由基，即內(nèi)源性自由基。 內(nèi)源性自由基產(chǎn)生路徑：（1）紅細(xì)胞內(nèi)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)有酶促反應(yīng)以O(shè)2為受氫體，H2O2能夠與.O-2在Fe2+或Cu+存在下生成HO . 。（3）微粒體功效混合氧化酶翠花藥品等非營養(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)醌類化合物，如輔酶Q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（5）吞噬細(xì)胞“呼吸暴發(fā)”

4、，在補(bǔ)體、Ga2+、白三烯或內(nèi)毒素等刺激下，吞噬細(xì)胞氧攝取量增加，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）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%XO 形式存在，90%為XD（黃嘌呤脫氫酶）。缺血時(shí)因?yàn)锳TP 降低，膜泵功效失靈，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)，大量分子氧隨血液進(jìn)入缺血組織，此時(shí)大量增加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)槟蛩醿刹椒磻?yīng)中，都同時(shí)以分子氧為電子接收體

5、，從而產(chǎn)生大量.O-2和H2O2 ，后者再在金屬離子參加下形成HO . 。第7頁氧自由基生物學(xué)作用 氧自由基是一個(gè)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)，含有活潑化學(xué)性質(zhì)，極易發(fā)生連鎖反應(yīng)，與其它物質(zhì)結(jié)合為穩(wěn)定分子或生成新自由基，正常情況下產(chǎn)生氧自由基極少，且細(xì)胞內(nèi)超氧化物氣歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶能將其快速去除，故組織內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)氧自由基堆積，正常狀態(tài)下處于動(dòng)態(tài)平衡。第8頁1、對脂類作用 因?yàn)樯锬な怯芍|(zhì)組成, 而且含有不飽和脂肪酸, 極易受到氧自由基侵襲而轉(zhuǎn)變成為過氧化脂質(zhì)(LPO)。LPO及其降解產(chǎn)物(醛類及烴類)可加重生物膜損傷, 造成膜流動(dòng)性降低, 從而使得細(xì)胞變形能力下降, 脆性

6、增加。膜上受體和離子通道功效也均受到了影響, 細(xì)胞膜通透性增加。最終造成了細(xì)胞代謝紊亂和細(xì)胞壞死。2、對核酸作用 氧自由基能夠作用于DNA，與堿基發(fā)生加成反應(yīng)，而造成堿基修飾，破壞堿基， 從而引發(fā)基因突變；OH 可從核酸去氧核糖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3、對糖、蛋白質(zhì)作用 糖、蛋白質(zhì)是細(xì)胞組成部分，氧自由基可作用于寡糖鏈中糖分子上羥基碳， 使其氧化成不飽和二聚體，引發(fā)細(xì)胞多糖鏈破壞；蛋白質(zhì)在氧自由基作用下，可發(fā)生蛋白質(zhì)交聯(lián)、聚合和肚鏈斷裂造成蛋白質(zhì)功效降低或喪失， 最終造成細(xì)胞變性壞死。4、經(jīng)過

7、氧化反應(yīng)改變關(guān)節(jié)等潤滑液粘性, 出現(xiàn)類風(fēng)濕。第10頁益處1、氧自由基殺菌作用吞噬細(xì)胞殺死侵入機(jī)體有害微生物時(shí)，經(jīng)過“呼吸暴發(fā)”, 氧耗量增加10 15倍, 吞噬細(xì)胞氧攝取量增加, 其胞膜下NADPH(還原型輔酶 )氧化酶活性增高， 將O2還原為 O-2， 經(jīng)過 O-2 ，殺死細(xì)菌。2、氧自由基細(xì)胞信號傳導(dǎo)作用自由基是機(jī)體內(nèi)不可缺乏活性物質(zhì)，它可作為第二信使參加細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 。人體內(nèi)前列腺素含有主要生理學(xué)功效， 其合成與氧自由基參加相關(guān)。從花生四烯酸合成前列腺素必須經(jīng)過PGG2(前列腺素G2)和PGH2(前列腺素H2)生成, 在形成過程中需要氧自由基參加, 并可經(jīng)過氧自由基反饋攻擊環(huán)氧酶，使之失

8、活, 控制前列腺素合成。第11頁3、參加解毒 許多脂溶性藥品或毒物氧化加氧酶系統(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經(jīng)過活性氧而發(fā)揮作用。第12頁氧自由基檢測方法 氧自由基含有一個(gè)未成對電子，含有順磁性和很高反應(yīng)活性。故氧自由基檢測方法都是基于這兩個(gè)特征而發(fā)展起來。當(dāng)前氧自由基檢測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）：自由基上電子含有自旋特征，其旋轉(zhuǎn)過程會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自選磁矩，假如自由基處于一個(gè)外磁場中，其電子自旋磁矩與外磁場平行，能量最低；而當(dāng)電子自旋磁矩與外磁場反平行時(shí)，能量最

9、高。用輻射方法給處于能級電子一個(gè)相當(dāng)于能級差能量，使其躍遷至高能級，此過程稱為共振。將此共振信號搜集并放大，即可得到ESR波譜，可用作判定自由基存在和濃度。（2）化學(xué)發(fā)光法：氧自由基在反應(yīng)過程中，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。為了提升觀察效果，同場加入魯米諾（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)釋放特定波長光，測定其發(fā)光強(qiáng)度即可推算自由基濃度。第13頁（3）比色法：該方法主要用來測定.OH自由基，其原理是.OH自由基能夠使細(xì)胞色素C從還原型轉(zhuǎn)化為氧化型。 .OH + Cyt . c(II) 還原型細(xì)胞色素Cyt . c(II)呈淺綠色，

10、而氧化型細(xì)胞色素 Cyt . c(III)呈淺黃色，在此原理基礎(chǔ)上可利用分光光度計(jì)測定一定波長下吸光值，與空白對照，即可確定體系中.OH 量。OH- + Cyt . c(III) 第14頁與自由基相關(guān)疾病一、心血管疾病1、高血壓?。豪夏耆烁哐獕嚎梢?yàn)轶w內(nèi)自由基水平增高，刺激小動(dòng)脈收縮并引發(fā)成纖維細(xì)胞增生，造成小動(dòng)脈纖維化，硬化，官腔變狹，血流阻力增加而引發(fā)。2、動(dòng)脈粥樣硬化、冠心?。貉踝杂苫谘逯泻蛣?dòng)脈壁引發(fā)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)損害了血管內(nèi)皮細(xì)胞，促進(jìn)了血脂沉積。高濃度LPO還可造成脂質(zhì)多聚體形成，妨礙脂質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)和去除。3、心肌細(xì)胞再灌注損傷：當(dāng)心肌細(xì)胞缺血缺氧，自由基去除酶大量喪失，自由基增加，此

11、時(shí)如給予再灌注，富氧輸入，自由基大量形成，造成嚴(yán)重心率紊亂與心室收縮功效降低。第15頁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：主要原因是自由基造成脂質(zhì)過氧化損傷。六、其它臟器疾病大多都與自由基作用相關(guān)。第16頁氧自由基去除 許多化合物和酶與自由基反應(yīng)后，可直接或間接降低氧自由基生成，對機(jī)體產(chǎn)生保護(hù)作用，其大致分為：（一）降低氧自由基產(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)化為尿酸過程，阻止氧自由基生成。（二）自由基去除劑：超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化酶（GSH-PX）是機(jī)體組織去除氧自由基主要酶系統(tǒng)。 第17頁（三）抗氧化劑類藥品：輔酶Q10、維生素E、維生素C等抗氧化劑，作為去除氧自由基酶類輔酶或與酶作用相關(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去除。（四）鈣拮抗劑：鈣拮抗劑對缺血/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代謝。第18頁總結(jié) 氧自由基研究是當(dāng)代生物學(xué)、生物化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)主要