活性氧和氮物种的合成与代谢

1、编辑ppt1 第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢 第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢朱小桢朱小桢编辑ppt2前言前言 证据表明证据表明, ,急性体力活动可通过多种机制诱导增强氮物急性体力活动可通过多种机制诱导增强氮物种的产生；种的产生； 为应对剧烈的体力活动而形成为应对剧烈的体力活动而形成活性氧和氮物种活性氧和氮物种（RONSRONS），会导致会导致氧化应激氧化应激； RONS RONS作为信号分子作为信号分子，调节一系列生理功能调节一系列生理功能； RONS RONS种通过氧化还原敏感性转录因子调节基因表达种通过氧化还原敏感性转

2、录因子调节基因表达； 训练似乎能改变训练似乎能改变RONSRONS的生成，从而在慢性疾病的治疗和的生成，从而在慢性疾病的治疗和预防过程中发挥有益作用预防过程中发挥有益作用第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢编辑ppt31、有关活性氧和氮物种的基本知识有关活性氧和氮物种的基本知识（生成特性、作用机制、生理功能、构成抗氧化系统生成特性、作用机制、生理功能、构成抗氧化系统）2、急性和慢性运动在形成、作用、调节活急性和慢性运动在形成、作用、调节活 性氧和氮物种特性上的具体影响性氧和氮物种特性上的具体影响第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢主要

3、内容：主要内容：编辑ppt41. 生物体内的活性氧和氮物种生物体内的活性氧和氮物种第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢自由基自由基：是在其轨道中存在具有非常明显的化学是在其轨道中存在具有非常明显的化学活性的活性的一个或多个不成对电子一个或多个不成对电子 的原子或分子的原子或分子通常，用一个点通常，用一个点“ . ”来象征自由基物质来象征自由基物质如氢自由基如氢自由基H 氯自由基氯自由基Cl 羟基羟基自由基自由基(OH)编辑ppt5活性氧活性氧: : 是指那些是指那些含氧的含氧的具有比较强的氧化和还原性质的具有比较强的氧化和还原性质的自由自由基和非自由基氧的衍生物基

4、和非自由基氧的衍生物（如：超氧阴离子（如：超氧阴离子.O2-、过氧化氢、过氧化氢H H2 2O O2 2、羟自由基、羟自由基OH）活性氮活性氮：NONO代谢产生一系列复合物代谢产生一系列复合物的的总称总称（如：（如：一氧化氮一氧化氮.NO、二氧化氮、二氧化氮.NO、 过氧化亚硝酸盐过氧化亚硝酸盐.ONOO-）编辑ppt6第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢活性活性最强最强的含氧物质是的含氧物质是羟自由基（羟自由基（OH - ）基础条件下，基础条件下，身体产生的总的身体产生的总的. .O O2 2- -的量的量接近接近2 2公斤公斤/ /年年一氧化氮（一氧化氮（.

5、.NONO）生成）生成量量达达9 9公斤公斤/ /年年编辑ppt72. 活性氧和氮物种产生的机制活性氧和氮物种产生的机制 (Mechanisms of RONS generation)第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种活性氧和氮物种(RONS)以氧为中心的活以氧为中心的活性氧（性氧（ROSROS）以以氮氮为中心为中心的活的活性氮（性氮（RNSRNS）编辑ppt8 2.1. 氧为中心的活性物种及其衍生物氧为中心的活性物种及其衍生物（oxygen-centered reactive species and their derivates）第九章第九章

6、活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢NADPHNADPH氧化酶：氧化酶：是血管内生成活性氧簇（是血管内生成活性氧簇（ROSROS） 的主要酶体；存在于的主要酶体；存在于吞噬细胞吞噬细胞和多种和多种 其它细胞（如血管平滑肌细胞、内皮细其它细胞（如血管平滑肌细胞、内皮细 胞、心脏和骨骼肌细胞）中；胞、心脏和骨骼肌细胞）中；由由非非吞噬细胞的吞噬细胞的NADPHNADPH氧化酶氧化酶所所形成的活性氧程度形成的活性氧程度较低较低但但在氧化还原敏感性信号传导途径的调节中起着重要的作用在氧化还原敏感性信号传导途径的调节中起着重要的作用编辑ppt9第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性

7、氧和氮物种的合成与代谢内皮细胞的内皮细胞的NADPHNADPH氧化酶氧化酶血管平滑肌细胞血管平滑肌细胞的的NADPHNADPH氧化酶氧化酶刺刺激激血小板源性生长因子血小板源性生长因子凝血酶凝血酶肿瘤坏死因子肿瘤坏死因子-机械力机械力刺刺激激编辑ppt10超氧自由基（超氧自由基（. .O O2 2- -）通过）通过线粒体电子传递链线粒体电子传递链氧化氧化还原反应连续地产生。还原反应连续地产生。 O2+4e 2H2O如此利用的氧约占组织耗氧总量的如此利用的氧约占组织耗氧总量的90%98%90%98% O2+e .O2- 发生在所有含线粒体的细胞中发生在所有含线粒体的细胞中 .O2- .OH 细胞色

8、素氧化酶细胞色素氧化酶铁催化铁催化编辑ppt11黄嘌呤氧化酶催化的反应：黄嘌呤氧化酶催化的反应：次黄嘌呤次黄嘌呤 + H + H2 2O + OO + O2 2 黄嘌呤黄嘌呤 + H + H2 2O O2 2黄嘌呤黄嘌呤 + H + H2 2O + 2OO + 2O2 2 尿酸尿酸+ 2+ 2. .O O2 2- - + 2H + 2H+ +这种活性氧的生成过程已经在代谢性应激下被研究，这种活性氧的生成过程已经在代谢性应激下被研究，在细胞缺氧复氧损伤中起着特殊的作用在细胞缺氧复氧损伤中起着特殊的作用. .编辑ppt12芬顿反应：芬顿反应：FeFe3+3+ + H + H2 2O O2 2 Fe

9、 Fe2+2+ + OH + + OH + . .OHOH- -( (羟自由基羟自由基) ) 铜也有与铜也有与H H2 2O O2 2形成反应生成形成反应生成. .OHOH- -的潜力的潜力编辑ppt13前列腺素的生物合成伴随着活性氧的产生前列腺素的生物合成伴随着活性氧的产生; ;通过脂氧合酶转换花生四烯酸为白三烯，通过脂氧合酶转换花生四烯酸为白三烯，已被确定为是活性氧的一个来源已被确定为是活性氧的一个来源; ;编辑ppt142.2. 氮氮为中心的活性物种及其衍生物为中心的活性物种及其衍生物（nitrogen-centered reactive species and their deriva

10、tes）第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢 L-L-精氨酸精氨酸 + NOS + O + NOS + O2 2 NO + L-NO + L-瓜氨酸瓜氨酸编辑ppt15一氧化氮合酶一氧化氮合酶（NOSNOS）神经型神经型一氧化氮合酶一氧化氮合酶（nNOSnNOS或或NOS1NOS1）内皮型内皮型一氧化氮合酶一氧化氮合酶（eNOSeNOS或或NOS3NOS3） 诱导型诱导型一氧化氮合酶一氧化氮合酶（iNOSiNOS或或NOS2NOS2）分布于神经元细胞分布于神经元细胞血管内皮细胞血管内皮细胞免疫细胞免疫细胞编辑ppt16血管通过血管通过内皮型内皮型NOS形成一氧化氮

11、，是直接通过形成一氧化氮，是直接通过增增加血液流动和剪切力加血液流动和剪切力来促进的来促进的；由于由于损伤或肌肉机械活动损伤或肌肉机械活动，神经型神经型NOS蛋白表达增蛋白表达增加，而神经损伤后它的表达会降低加，而神经损伤后它的表达会降低;神经型神经型NOS内皮型内皮型NOS 相比之下，诱导型相比之下，诱导型NOS的活性不依赖于细胞内钙离子，的活性不依赖于细胞内钙离子，主要由信号转导通路转录水平进行调控主要由信号转导通路转录水平进行调控;一旦表达，一旦表达，诱导型诱导型NOS生成一氧化氮的含生成一氧化氮的含量很高量很高，这一，这一过程过程可以持续几个小时甚至几天可以持续几个小时甚至几天;产生低

12、水平的一氧化氮活化产生低水平的一氧化氮活化编辑ppt172.3. 免疫活性细胞免疫活性细胞（immunocompetent cells）第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢 在刺激过程中，在刺激过程中，中性粒细胞和巨噬细胞中性粒细胞和巨噬细胞可通过可通过激活激活吞吞噬细胞的噬细胞的NADPHNADPH氧化酶氧化酶产生大量的超氧化物及其活性衍生产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细胞嗜酸性粒细胞中，可以诱中，可以诱导活性氧的形成导活性氧的形成; ;编辑ppt18第九章第九章 活性氧和氮物种的合

13、成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢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 髓过氧化物酶髓过氧化物酶呼吸爆发：呼吸爆发：再灌注再灌注组织重新获得氧供应的短时间内组织重新获得氧供应的短时间内激活的中性粒细胞耗氧量显著增加，产生大量氧自激活的中性粒细胞耗氧量显著增加，产生大量氧自由基，又称为氧爆发由基，又称为氧爆发。编辑ppt19 多种免疫活性细胞在多种免疫活性细胞在炎性刺激炎性刺激下下（如细胞因子和内毒如细胞因子和内毒素刺激素刺激），），可引起可引起诱导型一氧化氮合酶诱导型一氧化氮合酶表达表达； 缺氧缺氧、高温

14、高温和和低浓度低浓度.NO本身，是非炎症性本身，是非炎症性诱导型一诱导型一氧化氮合酶氧化氮合酶的诱导剂的诱导剂；相反，相反，皮质醇皮质醇和和更高更高浓度浓度的的.NO将发挥抑制作用将发挥抑制作用； 在在某些条件某些条件下，一些下，一些非免疫细胞非免疫细胞（如肝细胞、上皮细如肝细胞、上皮细胞、心脏和骨骼肌细胞胞、心脏和骨骼肌细胞），），也能够也能够引起诱导型一氧化引起诱导型一氧化氮合酶表达氮合酶表达；编辑ppt203. 活性氧和活性氮的作用机制活性氧和活性氮的作用机制 （RONS-mechanisms of action）第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢 活性氧

15、和氮物种的特性，产生一种强大的活性氧和氮物种的特性，产生一种强大的破坏作用破坏作用，它是对脂质、蛋白质、核酸、以及细胞外基质产生它是对脂质、蛋白质、核酸、以及细胞外基质产生破坏性影响的基础破坏性影响的基础; ; 另一方面，活性氧和氮的物种如在严格控制的条件另一方面，活性氧和氮的物种如在严格控制的条件下下中等水平（适度）的生成中等水平（适度）的生成，在各种信号传导过程中，在各种信号传导过程中承担起承担起调节介质的作用调节介质的作用, ,实现重要的生理功能实现重要的生理功能; ;编辑ppt213.1. 生物系统中的氧化应激生物系统中的氧化应激(oxidative stress in the bio

16、logical system)第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢 如果活性氧的如果活性氧的产生过多或快速产生过多或快速，系统可能无法充，系统可能无法充分反应分反应。细细胞的氧化还原状态胞的氧化还原状态转向促氧化状态转向促氧化状态，增，增强脂质、蛋白质和核酸的强脂质、蛋白质和核酸的氧化修饰氧化修饰。氧化修饰氧化修饰：是细胞内的活性氧诱导生物大分子是细胞内的活性氧诱导生物大分子发生氧化反应引起的结构及构象改变发生氧化反应引起的结构及构象改变。氧化应激氧化应激： 是指机体在遭受各种是指机体在遭受各种有害刺激有害刺激时时,体内体内高活性分高活性分子子如活性氧和活性氮如活

17、性氧和活性氮产生过多产生过多,氧化程度超出氧化氧化程度超出氧化物的清除物的清除,氧化系统和抗氧化系统失衡氧化系统和抗氧化系统失衡,从而导致组从而导致组织损伤。织损伤。编辑ppt223.1.1. 脂质过氧化脂质过氧化 (lipids peroxidation)第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢 脂质过氧化过程中的脂质脂质过氧化过程中的脂质过氧化物的积累过氧化物的积累，对细胞膜会产生破坏影响对细胞膜会产生破坏影响,干扰细胞的完整性干扰细胞的完整性;编辑ppt233.1.2. 蛋白质氧化蛋白质氧化 (protein oxidation)第九章第九章 活性氧和氮物种的合

18、成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧的作用包括在活性氧的作用包括在氨基酸残基氨基酸残基（如精氨酸、甲硫氨酸、（如精氨酸、甲硫氨酸、半胱氨酸、色氨酸、赖氨酸）中的半胱氨酸、色氨酸、赖氨酸）中的各种氧化修饰各种氧化修饰;氧化蛋白质损伤研究中最常用的标记是氧化蛋白质损伤研究中最常用的标记是活性羰基衍生活性羰基衍生物（物（RCDRCD）修饰的蛋白质会影响其生理功能和加速蛋白水解降解修饰的蛋白质会影响其生理功能和加速蛋白水解降解; ;氧化蛋白的积累氧化蛋白的积累已是公认的逐渐已是公认的逐渐发生在老化的过程中发生在老化的过程中，并，并且与一系列且与一系列疾病的严重程度相关疾病的严重程度相关编辑ppt243.1.3. DNA氧化损伤氧化损伤 ( (oxidative DNA damageoxidative DNA damage) )第九章第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢活性氧和氮物种的合成与代谢DNADNA已被认为是氧化损伤最显著的生物标记已被认为是氧化损伤最显著的生物标记每个人体细胞平均每天至少发生几百个每个人体细胞平均每天至少发生几百个DNADNA氧化损伤氧化损伤核核DNADNA