自由基與心血管疾病課件

自由基與心血管疾病第二組B9702090鄭家祺B9702054曹書瀚B9702078黃傑暉B9702092鄧子聰B9702061陳宏杰指導老師：高承亨自由基與心血管疾病指導老師：高承亨1自由基的背景資料鄭家祺b9702090自由基的背景資料鄭家祺b97020902自由基的介紹：自由基是一個具有“不成對電子”的原子、分子或離子。如．NO習慣上以“．”表示不成對電子。常見的自由基:１.?O2-超氧自由基(superoxide）２.?OH-氫氧自由基(hydroxylradical)３.?NO一氧化氮(nitricoxide)４.?ROO脂質過氧化自由基自由基的介紹：自由基是一個具有“不成對電子”的原子、分子或離3自由基的特性：具有不成對電子，化性活潑→搶奪其他自由基或非自由基的電子對人體造成的影響:壞的方面:?OH-使脂質過氧化產生?ROO[傑暉]RH+．OH→．R+H2O．R+O2→．ROO好的方面:?O2-殺死入侵病菌NADPH+2O2→NADP++H++2.O2?自由基的特性：具有不成對電子，化性活潑4抗氧化物機制:抗氧化物機制：[子聰]內生性機制:超氧化物歧化酶(superoxidedismutase)簡稱SOD過氧化氫酶(catalase)麩氨基硫過氧化酶(glutathioneperoxidase)外生性機制:抗氧化物如VitaminE、VitaminＣ抗氧化物機制:抗氧化物機制：[子聰]5自由基的形成:1.由電子的得或失所造成Ex:超氧自由基的形成方式：O2+e-→．O2-2.由均裂(homolyticfission)的方式產生：A–B→．A+．BEx:H2O均裂成．H及．OH異裂(heterolyticfission)電子的完全轉移Ex:H2O→H++OH-自由基的形成:1.由電子的得或失所造成6ROS(ReactiveOxygenspecies)ROS的中文名稱為「反應性氧族」含有氧原子的自由基Ex:．O2-&．OH經化學反應而產生自由基的非自由基含氧衍生物Ex:H2O2&HOClFe2++H2O2→Fe3++．OH+OH-HOCl+．O2-

→O2+Cl-+．OHROS會攻擊人體的組織譬如DNA或脂質，造成「細胞氧化壓力」(cellularoxidativestress)ROS(ReactiveOxygenspecies)R7ROS(ReactiveOxygenspecies)主要4種的ＲＯＳ：１.?O2-超氧自由基(superoxide）２.H2O2過氧化氫(hydrogenperoxide)(非自由基)３.?OH-氫氧自由基(hydroxylradical)４.1O2單一態(tài)氧(Singletoxygen)ROS(ReactiveOxygenspecies)主8ROS的種類與反應:?O2-超氧自由基(superoxide)產生途徑:1.粒線體電子傳遞鏈的電子滲漏[書瀚]2.噬菌細胞產生超氧自由基殺死入侵病菌化學反應:?O2-+Fe3+→O2+Fe2+

(Haber-Weissreaction)對生物體的損害：?O2-會攻擊含有鐵硫中心(Fe-Scenter)的蛋白質上的Fe3+ROS的種類與反應:?O2-超氧自由基(superoxid9鐵硫蛋白位置：粒線體電子傳遞鏈上蛋白質複合體中的鐵硫蛋白。通常中心鐵與硫的個數相同。透過硫與蛋白質上cysteine相接功用:靠Fe3+/Fe2+之間轉換來傳遞電子。鐵硫蛋白位置：粒線體電子傳遞鏈上蛋白質複合體中的鐵硫蛋白。10當?O2-會攻擊鐵硫中心時

使得粒線體上含有鐵硫蛋白的蛋白質複合體無法傳遞電子?O2-當?O2-會攻擊鐵硫中心時?O2-11ROS的種類與反應:H2O2過氧化氫(hydrogenperoxide)來源:2H++2．O2-

H2O2+O2反應:Fe2++H2O2→Fe3++．OH+OH-(Fentonreaction)Haber-Weissreaction：．O2-+Fe3+→O2+Fe2+．O2-可以使Fe3+被回收，使得較安定H2O2只須微量Fe2+就會產生大量毒性很強的．OHROS的種類與反應:H2O2過氧化氫(hydrogenp12ROS的種類與反應:?OH氫氧自由基(hydroxylradical):來源：1.Haber-WeissReaction:?O2-+Fe3+→O2+Fe2+2.Fentonreaction:Fe2++H2O2→Fe3++．OH+OH-Netreaction:?O2-+H2O2→?OH+OH-+O2

反應:?OH-使脂質過氧化產生?ROO[傑暉]RH+．OH→．R+H2O．R+O2→．ROO

ROS的種類與反應:?OH氫氧自由基(hydroxylr13ROS的種類與反應:1O2單一態(tài)氧(oxygen)基態(tài)氧分子受激後的高能氧分子?；鶓B(tài)氧單一態(tài)氧危害：1O2會與˙OH攻擊脂肪分子22.4kcal/molROS的種類與反應:1O2單一態(tài)氧(oxygen)22.414分子軌域

分子軌域15自由基與心血管疾病課件16分子軌域分子軌域的理論基礎是建立在原子軌域的概念上線性相加（linearcombinationofatomicorbitals）MO1=1軌域A+1軌域B=bondingmolecularorbital

MO2=1軌域A–1軌域B=antibondingorbital遵守軌域不滅和能量不滅電子依據構築原理，庖立不相容原理，罕德定則填入軌域構築原理：電子由低能階填至高能階使該原子能得最低總能量庖立不相容原理：一軌域最多只能容納兩電子且其自旋方向必相反罕德定則：數個電子填入同能階的同型軌域時，必須先以相同自旋方向填入不同方位的電子軌域。Energy:antibondingorbital>bondingmolecularorbitalσ軌域的重疊性比π軌域佳，故σ、σ*之間的能量分裂情形也比π、π*之間來的大分子軌域分子軌域的理論基礎是建立在原子軌域的概念上17庫倫斥力能：當兩電子佔據依原子同依空間時，因同為負電荷而互相推斥所產生的能量交換能：兩個具有相同能量和自旋方向的電子互相間可能互換所釋放的能量Ex：（一個電子的互換）

庫倫斥力能：當兩電子佔據依原子同依空間時，因同為負電荷而互相18Qcycle曹書瀚B9702054Qcycle曹書瀚B970205419呼吸作用概述呼吸作用概述20電子傳遞鏈Qcycle電子傳遞鏈Qcycle21泛醌(ubiquinone)e-+2H+QH2e-．Q-Q異戊二烯哺乳類生物有10個異戊二烯單位故又稱Q10泛醌(ubiquinone)e-+2H+QH2e-．Q22QH2QCytc由於Q具有異戊二烯組成的尾巴，使它成為高度的非極性物質，因此能夠在粒線體內膜的碳氫化合物核心中快速地滲透。把複合體I及II的電傳遞至複合體IIIQH2QCytc由於Q具有異戊二烯組成的尾巴，使它成為高度23物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH24物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH25物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH26物質轉換電子轉移H+流動CC1bH物質轉換電子轉移H+流動CC1bH27物質轉換電子轉移H+流動CbL物質轉換電子轉移H+流動CbL28物質轉換電子轉移H+流動C1bLbH物質轉換電子轉移H+流動C1bLbH29物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH30物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH31物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH32物質轉換電子轉移H+流動CC1bH物質轉換電子轉移H+流動CC1bH33物質轉換電子轉移H+流動CbL物質轉換電子轉移H+流動CbL34物質轉換電子轉移H+流動C1bLbH物質轉換電子轉移H+流動C1bLbH35物質轉換電子轉移H+流動C1bLbH物質轉換電子轉移H+流動C1bLbH36物質轉換電子轉移H+流動C1bLbH物質轉換電子轉移H+流動C1bLbH37物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH物質轉換電子轉移H+流動CC1bLbH38Fe-SQH2．Q-2H+CytC13+CytbLCytbHQQ．Q-CytcQQcycle電子轉移CoQ的狀態(tài)變化Fe-SQH2．Q-2H+CytC13+Cytb39Fe-SQH2．Q-2H+CytC13+CytbLCytbHQ．Q-CytcQ:Q2-電子轉移CoQ的狀態(tài)變化2H+Fe-SQH2．Q-2H+CytC13+C40電子滲漏假說ComplexI

當Q及?Q-來不及處理NADH所釋出的電子時，電子便會產生滲漏。滲漏出的電子會與氧分子作用

(詳細機制不明)

e-+O2→?O2-

電子滲漏假說ComplexI41電子滲漏假說ComplexIII進一步探討滲漏可能原因

Qcycle的路徑可能遭到堵塞Ubisemiquinone(?Q-)與電子誘使自由基產生

電子滲漏假說ComplexIII42Qcycle的路徑可能遭到堵塞cytbH基因因為點突變而改變結構cytbH無法氧化造成電子的累積電子累積又阻止?Q-的氧化(勒沙特列原理)?Q-

Q+e-?Q-因過度累積，亦可能造成?Q-的滲漏

BACKQcycle的路徑可能遭到堵塞cytbH基因因為點突43?Q-與e-誘使自由基產生

化性活潑與氧分子反應

?Q-+O2

→Q+?O2-

滲漏出的電子與氧分子反應e-+O2→?O2-

?Q-與e-誘使自由基產生化性活潑與氧分子反應44?O2-攻擊鐵硫中心間接促使氫氧自由基的形成?O2-+Fe3+

→O2+Fe2+

H2O2+Fe2+

→OH?+OH-+Fe3+

此反應稱modifiedHaber-Weissreaction。上述反應產生的OH?會攻擊脂質造成脂質的過氧化，引發(fā)心血管疾病(傑暉)?O2-攻擊鐵硫中心間接促使氫氧自由基的形成45脂質過氧化及致病機制黃傑暉B9702078脂質過氧化及致病機制黃傑暉B970207846背景知識I共軛效應(離域效應)：

共軛π鍵（即單鍵及雙鍵交替排列的部份）形成，使分子性質改變，造成：

1.單鍵鍵長縮短，雙鍵鍵長增加2.原子趨於共平面3.使得電子可離域橫越所有鄰近原子上以平行排列的p軌域，因此，使分子增加安定性並降低總能量

脂肪構造圖↓背景知識I共軛效應(離域效應)：脂肪構造圖↓47共軛效應圖示(1)共軛：(2)非共軛與共軛能量比較：共軛效應圖示(1)共軛：(2)非共軛與共軛能量比較：48背景知識II丙烯位(allyliccarbon):

1.與雙鍵相鄰的碳的位置2.其上接的氫(Allylichydrogen)，被自由基攻擊後，會形成共振，結構較沒有雙鍵的碳鏈穩(wěn)定，故不飽和脂肪酸較易被自由基所攻擊。

背景知識II丙烯位(allyliccarbon):49脂質過氧化1RH+OH．→R?+HOR?+O→ROO?Eg:氧化誘導期→連鎖反應期→終止期氧化誘導期：H被取代為單電子

22脂質過氧化1RH+OH．→R?+HOEg:氧化誘導期50脂質過氧化2連鎖反應期：1.脂肪酸自由基+一個氧分子→「脂肪酸過氧化自由基」RH+OH．→R?+HOR?+O→ROO?22Eg:脂質過氧化2連鎖反應期：1.脂肪酸自由基+一個氧分子51脂質過氧化2連鎖反應期：

2.和第二個正常脂肪酸的反應，形成第二個「脂肪酸過氧化自由基」RH+OH．→R?+HOR?+O→ROO?22Eg:脂質過氧化2連鎖反應期：2.和第二個正常脂肪酸的反應，R52脂質過氧化2連鎖反應期：

3.不斷反覆反應下去，原先的「脂肪酸過氧化自由基」變成過氧化的脂肪

Eg:RH+OH．→R?+HOR?+O→ROO?22脂質過氧化2連鎖反應期：3.不斷反覆反應下去，原先的Eg53脂質過氧化3終止期：兩個自由基會相遇互相反應，成為一個穩(wěn)定的大分子,失去原本脂肪特性RH+OH．→R?+HOR?+O→ROO?22Eg:脂質過氧化3終止期：兩個自由基會相遇互相反應，成為一RH54終止期之外的途徑丙二醛；MDA(malondialdehyde)具極強的毒性終止期之外的途徑丙二醛；MDA(malondialdehy55致病因子LDL(lowdensitylipoprotein):丙烯位磷脂質１.血管粥狀硬化的主要因子

2.受攻擊後生成帶有毒性的OX-LDL

(Oxidized-LDL)致病因子LDL(lowdensitylipoprote56MDA(malondialdehyde)破壞內皮細胞其中物質與作用機制，造成動脈硬化

具極強的生物毒性體內脂質過氧化程度的指標

MDA(malondialdehyde)破壞內皮細胞其中物質57Atherosclerosis粥狀動脈硬化Atherosclerosis粥狀動脈硬化58粥狀動脈硬化連續(xù)圖粥狀動脈硬化連續(xù)圖59粥狀動脈硬化_血管切片圖粥狀動脈硬化_血管切片圖60內生性抗氧化機制鄧子聰B9702092內生性抗氧化機制鄧子聰B970209261細胞對自由基的防禦機制

抗氧化的防禦機能有兩種一種為人體本身所含有的體內抗氧化酵素(隨著歲月增長，上述防衛(wèi)機能會日漸衰退，而加速老化。)另一種是藉由外來的抗氧化劑(維他命E，維他命C，β-胡蘿蔔素)

細胞對自由基的防禦機制抗氧化的防禦機能有兩種62體內抗氧化酵素超氧化物歧化酶（superoxidedismutase簡稱SOD）過氧化氫酶（catalase）麩氨基硫過氧化酶（glutathioneperoxidase簡稱GPx)體內抗氧化酵素超氧化物歧化酶63Superoxidedismutase(SOD)存在於粒線體和細胞質中CuZnSOD﹑MnSOD﹑FeSODActivesite—含有chargedresidues(+)以作為極性端引導超氧自由基(-)進行催化反應ActivesitesSuperoxidedismutase(SOD)存在於粒線64CuZnSOD的activesite

催化反應方程式具有毒性的超氧陰離子轉變成毒性較低的過氧化氫CuZnSOD的activesite

催化反應方程式具有毒65Catalase通常出現在peroxisome含Fe(III)catalase含Mn(III)catalaseActivesitesCatalase通常出現在peroxisomeActive66自由基與心血管疾病課件67自由基與心血管疾病課件68Catalase催化反應方程式具有毒性的過氧化氫轉變成沒有毒性的水Catalase催化反應方程式具有毒性的過氧化氫轉變成沒有毒69Glutathioneperoxidase(GPx)由四個相同的次蛋白所組成，而每個次蛋白都的反應位置都有一個化學元素Se，使之具有活性。

GPx、 GSH和GSSG三者共同作用，將過氧化的有機分子還原。可把vitaminCradical和vitaminEradical轉變成正常的vitaminC和vitaminEGlutathioneperoxidase(GPx)由四個70Glutathione(GSH)是glutamicacid,cysteine,glycine組合的化合物GSH是人體內一種重要的抗氧化物，它可以協助GPx還原體內過氧化的有機分子

GlutamatecysteineGlycineGlutathione(GSH)是glutamicacid71GSSG(glutathionedisulfide)是由兩個GSH以雙硫鍵連接的氧化態(tài)glutathioneGSHGSSG雙硫鍵GSSG(glutathionedisulfide)是72GPx作用機制GPx氧化態(tài)的GPxGPx作用機制GPx氧化態(tài)的GPx73GPx作用機制GPx氧化態(tài)的GPxGPx作用機制GPx氧化態(tài)的GPx74GPx作用機制

有兩個GSH參與反應氧化態(tài)的GPxGPx?GPx作用機制 有兩個GSH參與反應氧化態(tài)的GPxGPx?75自由基與心血管疾病課件76NADPHNADPH77GlutathioneperoxidaseGlutathionereductaseGlutathioneperoxidaseGlutathi78GPx催化反應方程式具有毒性的過氧化的有機分子或過氧化氫轉變成沒有毒性的水GPx催化反應方程式具有毒性的過氧化的有機分子或79自由基與心血管疾病課件80GSSGGSSG81VitaminC和VitaminEVitaminC和VitaminE捕捉到自由基後，會變成VitaminCradical和VitaminEradical。GSH可以把他們轉變成有活性的VitaminC和VitaminEVitaminC和VitaminEVitaminC和V82自由基與心血管疾病課件83自由基與心血管疾病課件84CytosolicNADH/NAD+,freeradicals,andvasculardysfunctioninearlydiabetesmellitus陳宏杰B9702061CytosolicNADH/NAD+,freeradi85糖尿病與血管疾病高血糖、血脂異常、高胰島素血癥及胰島素抗性血液組成的變化脂質氧化壓力增加血管疾病糖尿病與血管疾病高血糖、血脂異常、高胰島素血癥及胰島素抗性血86糖尿病與細胞還原壓力VasculardysfunctionMetabolicimbalanceIncreasedbloodflowRetinaKidneyPeripheralnerveCellularreductivestressIncreasedratioofcellularfreeNADH/NAD+Freeradical糖尿病與細胞還原壓力Vasculardysfunction87形成還原壓力途徑SubstratesoxidationSorbitolNon-esterifiedfattyacid(NEFA)GlucuronicacidAnimal—sorbitalpathwayHuman—NEFAandglucuronicacidpathway形成還原壓力途徑Substratesoxidation88還原壓力來源CellularreductivestressHypoxiamitochondriaIncreasedsubstrateoxidationCytosolFreeradical還原壓力來源Cellularreductivestres89NADH/NAD+與血流增加cytosolicNADH/NAD+vs.mitochondialNADH/NAD+cytosolicNADH/NAD+—sensorMitochondriaCytosolExtracellularmilieuOxygentensionEnergymetabolismIncreasebloodflowNADH/NAD+與血流增加cytosolicNADH/N90還原壓力導致自由基之機制IReactiveoxygenspeciesGlycationreactionActivationofPKCGlyceraldehyde3-phosphatedehydrogenase(GAPDH)glycerol3-phosphatedehydrogenase(G3PDH)Freera