自由基生物学市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、自 由 基 生 物 学 与 人 体 健 康第一章 自由基产生及其化学性质 第二章 活性氧 第三章 自由基去除剂 第四章 自由基生理功效 第五章 缺血重灌流自由基对组织损伤 第六章 自由基与癌症第七章 自由基与衰老第1页第一章 自由基产生及其化学性质 一、自由基定义 二、自由基产生 三、自由基化学反应第2页一、自由基定义 如方程式（1）、（2）所表示，当A与B两个分子或原子间形成共价键时，能够看作它们共享一对电子，这两个电子既能够是一个分子所提供，也能够是每个分子各贡献出一个电子，前者称为配位作用，后者称为共价结合。 A:- + B+ A:B （配位作用） （1） A. + B. A:B （共价

2、结合） （2）第3页 逆过程： 当一个共价键离解时，必须要供给能量（自由能）。反应式（1）逆过程称为异裂，反应式（2）逆过程称为均裂。在均裂时所产生分子或原子含有一个不配对电子，这种分子常含有高度化学活性氧化活性。正因为如此，它们寿命也极短暂。这些能够单独存在含有一个或几个不配对电子分子或原子就称为自由基（free radical），用R表示，即在分子式右上角加一个黑点作为自由基特征标识，以表示存在着不配对电子。依据这个定义，我们可知道氯原子（Cl）、氧原子（O:）和OH等都是自由基。 第4页 有些自由基即使在室温溶液中也是稳定，如氧原子（一个稳定双基）。有些自由基带有负电荷或正电荷，所以叫做

3、离子自由基或离子基。这种自由基往往又是氧化还原反应中间产物。在氧化还原反应过程中，中性分子接收一个电子而变成负离子基，或失去一个电子而成为正离子基。第5页二、自由基产生 普通而言，自由基是经过共价键均裂而产生，但也可经过电子俘获而产生。 R + e- R 天然存在自由基普通都是有用自由基（如氧原子），或者是半衰期比较短自由基（如氯原子）。不过，因为一些分子，尤其是共价结合有机分子吸收外部能量而产生均裂时，所形成自由基是非常有害。共价分子发生均裂而形成自由基机制有：热解、光解和氧化还原反应。第6页(1)热解 很多化合物，尤其是含有弱键有机化合物能够发生热均裂反应，生成活泼自由基。经典例子是热锅炒

4、菜时，脂肪、蛋白质和糖类等有机营养物发生热均裂反应；抽烟时，烟草不完全燃烧也产生大量自由基。第7页(2)光解 电磁辐射（可见光、紫外线、X射线）或粒子轰击（如高能电子）都可提供使共价键裂解能量而形成自由基。如紫外线照射可使水发生均裂而生成羟自由基（OH）: H2O 紫 外 线 H + OH羟自由基可与机体内有机物发生一系列氧化还原反应，造成机体损伤，突变，甚至死亡。这就是紫外线杀菌原理。第8页（3）氧化还原反应氧化还原反应过程中产生电子转移也可形成自由基。 机体生命活动离不开能量，这种能量主要由营养物质来提供，生物体可将营养物氧化还原而自控地提供能量，这一过程产生了大量电子，不过，电子可经过生

5、物体电子传递链有序地传递而产生少许自由基中间产物，从而防止了大量自由基对机体本身伤害。第9页 然而，有些时候机体中发生氧化还原反应也可产生大量自由基，所以对机体造成极大伤害。比如，积食所造成食物不完全氧化，便秘或宿便所造成食物残渣被机体回收利用等。第10页三、自由基化学反应（1）湮灭反应 两个自由基可发生自我湮灭反应（self-annihilation）（又称复合反应或复合作用）： R+R R-R 但在正离子基和负离子基之间未见到这种反应，因为电荷相同时，二者因为静电相斥而发生排斥作用。 第11页（2）夺氢反应 这是非常普遍自由基反应，也是自由基致衰老主要原因。 R + A-H R-H + A

6、第12页 夺氢反应在自由基去除剂反应中也很主要，如硫醇类有机物（大蒜、姜、葱等含有辛辣味蔬菜中富有）含有-SH基团，在溶液中可与自由基发生包含夺氢反应在内一系列反应： R + X-SH R-H + X-S 2X-S X-S-S-X 由此可见，硫醇类有机物在生物系统中是一个有效自由基去除剂（详见第三章）。第13页（3）耗氧反应 R + O2 RO2 RO2 + A-H R-OOH + A 这个反应是自由基使机体产生老年斑主要原因。碘、硫和醌类可代替氧发生这个反应。 第14页（4）歧化反应 有时一个自由基可从另一个自由基碳上夺取一个质子，变成安定化合物，另一个自由基则变成不饱和化合物，其结果与复合

7、作用一样，使自由基毁灭，以终止自由基反应，比如： 2CH3-CH2 岐 化 酶 CH2= CH2 + CH3-CH3第15页（5）加成反应 X-C= C-X+R X-C- C-X R第16页（6）链锁反应 有时，一个自由基反应产物成为另一个自由基反应底物，从而引发一系列自由基链式反应，称为自由基链锁反应。自由基链式反应包含三个阶段，即引发、增加和终止阶段。其过程以下： A-A 2A （引发） A+ B-C A-B + C C+ A-A A-C + A （扩展）第17页 从总体来说，反应起始时，引发阶段占主导地位，反应体系中新生自由基形成许多链开端，反应底物浓度也很高。这时，反应体系中以扩展阶段

8、为主体，假如起始时有n个引发自由基，那么在扩展阶段中就有n条反应链。当反应到一定阶段后，体系中非自由基底物越来越少，自由基本身相互碰撞机会也越来越多，于是终止阶段也就到来：第18页 2A A-A 2C C-C （终止） A + C A-C 当然，假如反应体系中从一开始就有抗氧化剂（自由基去除剂）存在，那么它很快就捕捉住由引发产生自由基，使反应不能扩展，从而很快终止了自由基链式反应。 抗氧化剂在生产上很主要，主要有硫、磷、酚类、维生素E、维生素C、胡萝卜素等。第19页（7）脂类过氧化作用 自由基链锁反应最好例子是脂类过氧化作用。 生物膜中含有各种不饱和脂肪酸。如细胞膜、线粒体膜、溶酶体膜和内质网

9、膜等，它们均含有种类繁多不饱和脂肪酸，其特点是：当有自由基和氧存在时，就发生氧化变质，经常伴有一股难闻酸败气味，而且使得食物不可口。这是食品过期变质原理。第20页 脂类过氧化作用对于了解自由基对细胞损伤也是主要。 即R可从不饱和脂肪酸分子上夺走氢，使其变成自由基，不饱和脂肪酸自由基再吸收氧而形成败酸。败酸再和组织蛋白质结合形成脂褐质，俗称老年斑，即动物和人神经细胞、心脏、肝及皮肤在老年时出现点状或弥散状色素从容。其反应通式如图1-1：第21页（-CH=CH-CH2-）+ R RH +（-CH=CH-HC-） O2 （-CH=CH-CH2-） + （-CH=CH-HCO2-） （-CH=CH-C

10、H-）（败酸） O-OH图1-1 老年斑形成过程第22页第二章 活 性 氧 一、氧毒性 二、活性氧及其在生物体内产生 三、活性氧毒性第23页 一、氧毒性 大约21以前，地球上开始出现氧气，伴随臭氧（O3）在高空出现，以及臭氧和氧把有害太阳紫外线吸收掉后，才使较复杂陆生生物进化成为可能。 氧气是地球上一切需氧生物赖以生存必备条件，但恰好又是最终造成其衰老或死亡罪魁祸首。原因是氧含有毒性！第24页 正常人静脉血中氧含量为40mmHg，当氧浓度增高时，就会发生中毒现象，主要表现为慢性中毒。比如，1940年发觉许多早产婴儿眼晶体纤维化，到了1954年才知道这是因为把早产婴儿放在高氧浓度育婴箱中造成。以

11、后认真控制氧浓度后，这种病就不常见了。高浓度氧常能抑制视网膜血管生长，当回复到正常浓度时，血管就会过分生长，有时会造成视网膜脱落，随即失明。高浓度氧对内分泌也有影响，使畸胎率增高。第25页 二、活性氧及其在生物体内产生 1活性氧定义 氧毒性不是因为氧分子本身反应能力，它反应能力相对来说是微不足道。氧毒性是因为氧分子还原成水时产生许多中间产物，其中绝大部分都是自由基，所以，把这些中间产物统称为活性氧（active oxygen species），即氧分子被还原成水时所产生中间产物统称。第26页 活性氧主要包含超氧阴离子O2- （superoxide anion）、羟自由基OH（hydroxyl

12、radical）、过氧化氢分子H2O2 （hydrogen peroxide）、烷氧基RO、烷过氧基ROO、氢过氧化物ROOH和氧分子O2本身等等。其中ROO和ROOH又称为脂类过氧化物。 第27页氧分子还原成水全过程以下： O2 + e- O2- O2- + e- 2H+ H2O2 H2O2 + e- H+ OH + H2O OH + e- H+ H2O第28页 2活性氧产生 细胞在正常代谢过程中，或者受到高能辐射时，以及因为高压氧，药品（抗癌药、抗生素、杀虫剂、麻醉剂等）代谢、吸烟和受到光化学空气污染物等作用都能产生活性氧。有氧代谢条件下都能产生活性氧。第29页三、活性氧毒性 1羟自由基毒

13、性OH非常活泼，几乎能与活细胞中任何分子发生反应，且反应速率极快。能反应物质遍布糖、氨基酸、磷脂、核酸和有机酸等。 OH是最活泼自由基之一，在活性氧中也是最活泼。它反应可分为三大类：夺氢、加成和电子转移。其中夺氢和加成反应是OH造成生物机体细胞损伤、衰老或死亡主要原因。第30页夺氢反应： OH可从醇类上夺走一个氢原子，并与之结合生成水，使醇碳原子带有一个不成对电子。以乙醇为例： CH3CH2OH + OH CH3CHOH + H2O 两个碳自由基可经过不成对电子组成共价键而生成非自由基产物：CH3CHOH + CH3CHOH CH3CHOHCH3CHOH第31页 OH与生物膜上卵磷脂就是经过夺

14、氢反应产生碳自由基而造成膜损伤。当OH攻击糖，比如DNA中脱氧核糖时，能产生许多不一样产物，其中有些含有致突变作用。第32页加成反应：OH可与DNA中嘌呤或嘧啶-C=C-发生加成反应，生成嘌呤或嘧啶自由基，这些自由基再发生一系列反应，最终引发DNA链断裂，严重损伤DNA，以至于不能修复，使细胞死亡。即使活着也会发生突变（或癌变）。第33页电子转移： OH可与无机物或有机物发生电子转移。如： Cl- + OH Cl + OH- 以上各种反应可见，OH假如在机体内产生，那么它能够立刻与周围任何生物分子发生反应，生成活性各异次级自由基，从而造成机体不一样程度损伤。第34页2超氧阴离子毒性 O2- 是

15、氧分子被还原成水时所产生第一个活性氧自由基，其化学反应性质较OH弱，含有双重性质，既可作为电子供体（还原剂），又可作为电子受体（氧化剂）。第35页当其作为弱碱起作用时，能够成为电子供体，即还原剂，比如它能还原细胞色素（一个含血红素蛋白质）和血红蛋白，使血红素中心Fe3+还原成Fe2+： 细胞色素C（Fe3+）+ O2- O2 + 细胞色素C（Fe2+） 血红蛋白（Fe3+） + O2- O2 + 血红蛋白（Fe2+） 第36页 当它作为电子受体起作用时，能够成为弱氧化剂，能氧化抗坏血酸： 维生素C + O2- H+ H2O2 + 维生素C（剧毒） 也能使与NADH结合酶（如乳酸脱氢酶）形成NA

16、D自由基： 酶-NADH + O2- H+ H2O2 + 酶-NAD第37页由此可见，因光化学和酶反应所产生O2- 能使酶失活、使红细胞溶血、杀菌、使DNA降解和破坏动物细胞等。另外，O2-还可与细胞内过分性金属离子发生反应，生成更活泼OH。第38页3过氧化氢分子毒性 H2O2本身毒性很低，常温下可自发生成水和氧气。它是一个弱氧化剂，常被用作消毒剂，细菌对它十分敏感，它能使动物细胞损伤。 H2O2能快速穿过细胞膜，而O2-不能。在细胞内H2O2能与Fe2+或Cu+等过分性金属离子生成毒性更大OH，这是H2O2含有毒性真正原因：第39页Cu+ + H2O2 Cu 2+ + OH + OH-Fe2

17、+ + H2O2 Fe3+ + OH + OH-当H2O2与紫外线结合使用时，对细菌和病毒杀伤能力比单独使用时强。这是因为紫外线可使H2O2发生均裂而生成OH原因： H2O2 紫 外 线 2OH 第40页4脂类过氧化物毒性 生物膜含有流动性，这是因为膜脂中含有各种多不饱和脂肪酸原因，其流动性与脂肪酸不饱和程度相关，不饱和程度越大，流动性就越大。假如多不饱和脂肪酸遭到破坏，则膜流动性就下降，这对膜功效会产生严重影响，从而造成严重疾病，如高血压、冠心病、脑血栓等。第41页 生物膜损坏往往是因为自由基攻击膜脂，使其形成过氧化物而致。脂类过氧化物形成破坏了生物膜流动性，造成细胞损伤、衰老或死亡。脂类过

18、氧化物可使红细胞膜失去变形能力，不再能挤过微血管，造成溶血，从而产生尿血症。脂类过氧化物深入和组织蛋白相结合、沉积，可造成功效蛋白失活、形成老年斑或产生肿瘤等。脂类过氧化物本身还含有致癌作用，经常食用含有脂类过氧化物食品可造成食管癌或肠道癌发病机率增大。第42页第三章 自 由 基 清 除 剂 一、定义 二、天然自由基去除剂 三、外源性自由基去除剂食品中抗氧化剂 四、中药自由基去除作用 五、常见水果蔬菜中抗氧化能力 六、活性氧去除第43页一、定义 自由基对生物膜和其它组织都有损伤作用，自由基也会引发一系列病理过程，所以有机体在长久进化过程中必定产生一些物质能去除体内自由基，这些物质就统称为自由基

19、去除剂（scavenger）。第44页 自由基去除剂与抗氧化剂亲密相关，在某种程度上属于同义词，在最广泛意义上，抗氧化剂能抑制各种物质氧化变性，比如食物中不饱和脂肪酸酸败过程，这种氧化性变质反应包含自由基链锁反应各个阶段，即自由基引发阶段、扩展阶段和终止阶段，抗氧化剂能降低链锁反应中扩展阶段效率，这是经过它去除作用降低活泼自由基中间体浓度而实现，所以这里抗氧化剂是名副其实自由基去除剂。 第45页 但有时，有些抗氧化剂是经过去除自由基引发剂来起作用，比如去除一些能引发自由基金属离子（如Fe2+或Cu+）来到达目标。从这个意义上讲，抗氧化剂就不属于真正自由基去除剂了，但它却直接阻止了自由基产生，到

20、达去除自由基目标。所以，广义上讲，凡含有直接去除自由基作用，或者含有阻止自由基产生作用一切物质都称为自由基去除剂。第46页二、天然自由基去除剂 动植物组织中有许多物质起自由基去除剂作用，不过往往在正常生理浓度时不起作用。这些物质可分为水溶性和脂溶性两大类。第47页1水溶性去除剂 维生素C ( VitC ) 又称抗坏血酸，水溶性，它是一个温和还原剂，在体内能有效抑制脂类过氧化作用。其生理功效主要是抗氧化和抗坏血，含有抗辐射、抗癌和抗衰老等作用。VitC广泛存在于各种蔬菜和水果中，其中含量最丰富是芒果和橙子。第48页 抗坏血酸在空氧中易被氧化，尤其有过渡性金属离子存在时（比如：Cu+、Fe2+），

21、但在整体或水溶液中不易被破坏。因为VitC含有自由基去除剂作用，所以常被加入食物中以预防氧化性变质。但需要注意是，外源维生素C不能过量摄入，不然会引发中毒。因为： VitC （大量） + O2- H+ 、 Fe2+ /Cu+ H2O2 + VitC （剧毒）第49页 含硫化合物 含硫化合物包含组织中谷胱甘肽（GSH）、麦角硫因、半胱氨酸以及葱和大蒜中含硫活性成份，通式为Rn-SH。它们都是有名自由基去除剂。其中有些含有较高防辐射能力，如GSH和半胱氨酸。第50页 GSH是一个由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸缩合而成小分子肽，含有很强还原活性，广泛存在于各种动物组织中，是机体中主要还原力，是细胞必要成

22、份之一，所以它是维持生命所绝对必需。其主要功效是给机体提供还原力，保护机体其它主要组织或成份免受自由基氧化。许多蔬菜和嫩芽中都含有丰富含硫化合物。在正常情况下，机体本身可合成生理水平GSH。第51页 Rn-SH可经过给氢过程而抑制自由基扩展反应：Rn-SH + R Rn-S + R-H 而新形成自由基Rn-S却不能催化链锁反应：2Rn-S Rn-S-S-Rn 第52页 2脂溶性去除剂 天然脂溶性去除剂主要有：维生素E、维生素A、胡萝卜素类和泛醌。 维生素E（VitE） 又称生育酚，其主要生理功效是抗衰老和抗不育。蜂蜜、鸡肉、蘑菇、香蕉、花生和木瓜中广泛含有。VitE缺乏可引发皮肤癌和乳腺癌，甚

23、至造成孕妇流产。第53页 VitE是脂溶性，可有效去除膜内过氧化脂类自由基。而VitC是水溶性，存在于细胞外液和细胞质中，起电子传递作用，主要去除细胞外液和细胞质内自由基。两种维生素亲密配合，有效地去除细胞内外自由基，抑制了细胞中脂类过氧化作用，维持其正常生理状态。第54页 必须指出是，尽管整体动物试验已经证实了VitE和VitC是一个主要自由基去除剂，但在生理浓度人体离体试验时未发觉其保护作用。所以，在商业上把维生素E加到面部化装品中和作为抗衰老药品使用，其效果是值得怀疑。第55页 泛醌类 泛醌是哺乳动物肝线粒体呼吸链中组成之一，含有抗氧化作用，能有效预防因氧化代谢所产生自由基对细胞膜不饱和

24、脂肪酸攻击。第56页 维生素A（VitA） 存在于谷物及其皮中，其生理功效与上皮组织发育相关，含有抗氧化和保护视力作用。 VitA缺乏可造成上皮细胞角质化，皮肤变得粗糙、干燥，甚至衰老。第57页 胡萝卜素类 胡萝卜素广泛存在于萝卜、胡萝卜和各种海藻中，含有很强抗氧化能力。-胡萝卜素由2个VitA分子单体组成，裂解后可取得2分子VitA。-胡萝卜素可有效去除由光辐射产生OH自由基，所以含有保护视力和抗衰老功效。第58页三、外源性自由基去除剂食品中抗氧化剂 罐头食品中常加入低浓度丁化羟基甲苯，没食子丙酯或乙氧基喹作为抗氧化剂（或防腐剂），以预防食物氧化性变质（主要是去除自由基或阻断其引发反应，抑制

25、脂类过氧化作用）。 在食品管理法中对这些添加剂用量控制都有严格要求，这么可防止其有害作用。比如：在苹果和李保留中，乙氧基喹最高允许量为3ppm。第59页 食品保留中所用抗氧化剂（AH2）主要都是经过供氢来发挥作用。AH2对脂类过氧化作用抑制是因为过氧化自由基从抗氧化剂得到氢而毁灭了自由基本身。其作用机理以下： R-O-O + AH2 R-OOH + AH 2AH AH2 + A R-O-O + AH R-OOH + A 第60页四、中药自由基去除作用 近年来发觉许多中药含有去除自由基作用，如甘草能去除O2- ，含有抗脂类过氧化作用；柚皮有很强抗氧化能力；五味子和女贞子含有保肝护肝作用等等。 以

26、酒精为例，当它进入血液后，可被活性氧氧化成乙醇自由基，其过程以下：第61页CH3CH2OH + OH CH3CHOH 当乙醇自由基进入到肝脏时，能快速诱发生物膜脂类过氧化作用，或与肝细胞大分子如蛋白质和脂类进行共价结合，破坏膜结构和功效完整性，造成肝细胞坏死，胞浆中可溶性酶释放入血液，使血清中转氨酶升高。中药五味子和女贞子能快速去除血液和肝脏中乙醇自由基，所以含有保肝护肝作用。 第62页五、常见水果蔬菜中抗氧化能力 我们日常生活食用许多水果和蔬菜都含有一定自由基去除作用，简明介绍以下：（1）未经煮沸豆角、韭菜、茄子、香蕉、油菜、土豆和四季豆汁抗氧化力强，一经煮沸则效果减弱；第63页 （2）黄瓜

27、、葡萄和番茄汁经煮沸后，效果反而增强； （3）陈皮、大枣、山楂、生姜、大蒜和茶叶水提物有较强抗氧化作用； （4）在以下7种常见蔬菜和水果汁中，抗氧化能力大小依次为：茄子汁 豆角汁 青椒汁 黄瓜汁（煮沸） 葡萄汁（煮沸） 番茄汁 桃汁。第64页六、活性氧去除 需氧生物时刻不停地利用氧气进行呼吸代谢，而氧分子被还原成水过程中产生了大量活性氧自由基，反过来对机体本身又造成致命伤害。需氧生物一面需氧，同时又受到氧损伤，机体怎样处理这一矛盾呢？第65页 所幸是，为了维持正常生命活动，需氧生物在漫长生物进化过程中已演化出一整套完整能快速去除因氧代谢而产生活性氧系统，即活性氧去除酶系统。主要由超氧化物岐化酶

28、（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽（GSH）和谷胱甘肽过氧化酶（GP）组成。 SOD能去除O2- ，同时生成H2O2。H2O2又可被CAT去除，生成H2O和O2 。除CAT外，GP也可去除H2O2，而且还可去除脂类过氧化自由基RO2及ROOH（ROOH）。 第66页活性氧去除机制以下 ： O2- + O2- SOD H2O2 + O2 H2O2 H2O + O2 R-OOH + GSH GP R-OH + GSSG + H2O CATGP第67页第四章 自由基生理功效 一、吞噬作用二、凝血作用三、生殖过程四、肝脏解毒作用五、果实成熟和植物组织创伤影响六、其它第68页 生物机体内各种不一

29、样自由基产生和去除应处于动态平衡之间。自由基过多或不足都对机体不利。自由基产生过多或去除过慢当然会促进机体衰老，引发各种疾病。假如生物机体不能维持一定量自由基水平，也会给生命活动带来不利影响，甚至不能进行正常代谢活动，或者发生另外一些类型疾病。所以认为自由基总是对机体有害观念是错误。本章主要阐述一些自由基对生物机体有益方面，即自由基生理功效。第69页一、吞噬作用 动物细胞白细胞碰到细菌及其它微生物时会把它们包围起来并吞入细胞内，这一过程称为吞噬作用（phagocytosis）。机体受病毒或病菌入侵后，就会发炎。在发炎晚期，单核白细胞（成熟白细胞前体）就进入发炎区。第70页它们代谢率和吞噬功效原

30、来都比较小，但一旦进入发炎区后，这些单核白细胞就会受到病菌刺激而变成巨噬细胞（成熟白细胞一个）。这时，巨噬细胞代谢率和吞噬功效都大大地增加，从而能大量地吞噬病菌。第71页 吞噬作用整个过程为：当病菌碰到巨噬细胞时，细胞膜首先凹陷，然后把整个病菌包围，并形成吞噬体转移入细胞质内，这么细胞膜外表面就成了吞噬体内表面。此时，巨噬细胞就象整个生命机体消化食物一样，对吞噬体进行彻底消化作用，这种消化作用需要消耗大量O2，这一现象称为呼吸暴发（respiratory burst）。 第72页巨噬细胞消耗氧同时可在其胞内产生大量活性氧自由基，从而到达对病菌杀灭作用。当然，大量活性氧自由基对巨噬细胞本身也是致

31、命，所以，这一过程也是巨噬细胞（严格来说，应该是白细胞）自杀性行为。这就是发炎部位往往化脓原因。第73页二、凝血作用 凝血酶原是凝血酶前体。凝血酶可激活血中纤维蛋白原形成纤维蛋白，因而在凝血过程中起作用。 凝血酶原又是它前体凝血酶原前体在超氧阴离子氧化作用下才生成凝血酶原。在生成凝血酶原时，维生素K是必不可少因子。第74页凝血过程作用机制以下：维生素K 维 生 素 K 还 原 酶 维生素K半醌维生素K半醌 + O2 维生素K还氧化物 + O2- 凝血酶原前体 超 氧 阴 离 子 凝血酶原 超 氧 阴 离 子 凝血酶 纤维蛋白原 凝 血 酶 纤维蛋白 （网状交联：凝血）第75页三、生殖过程1受精

32、作用 受精作用是一个与活性氧相关有趣现象，其一系列改变与吞噬作用所引发改变很相同。当受精作用进行时，就会诱导氧消耗突发并在卵表面马上形成一层受精膜，该膜含有大量交联过氧化物。膜形成可阻止更多精子进入，即排除多精受精现象。第76页交联是由存在于卵子中卵过氧化物酶催化完成。大部分额外吸收氧被用来生产上述反应所需过氧化氢。所以，这种“呼吸暴发”含有另一个不一样目标。受精膜形成机制以下：2R-H + O2 过 氧 化 物 酶 2R + H2O2 2R + H2O2 过 氧 化 物酶 2R-OOH 第77页2精子激活 人精液（碱性）含有SOD酶活性，它与精子活动能力有直接关系，同时含有保护精子免受脂类过

33、氧化作用。因为SOD酶存在，所以正常情况下，精子游动能力相对较弱。第78页当精液进入女性生殖道时，SOD酶在生殖道酸性环境中失活，精子受到一定程度脂类过氧化作用，此时精子活动能力加强，游动速度加紧，从而增加其受精机率作用，这一过程称为精子激活。精子被激活后，可继续沿着输卵管向卵巢方向快速游动，直到受精为止。然后受精卵顺着输卵管回到子宫里定居，继续进行胚胎发育。这一过程称为“着床”。第79页四、肝脏解毒作用 解毒作用实际上是肝细胞中细胞色素p450催化各类“外来物质”羟化作用。“外来物质”可包含许多不一样种类东西，从药品到毒物，如各种药品、抗生素、脂肪酸，各种致癌物质，各种麻醉剂、杀虫剂、除草剂

34、、烷烃系列石油产品及其燃烧产物等等。这些“外来物质”在一定剂量内可被羟化而排出体外，即被解毒。因剂量过大使机体忍受不住，就会中毒。第80页 机体对“外来物质”解毒作用主要在肝细胞中进行，该过程需要超氧阴离子参加。其解毒过程以下：p4503+ + 底物（S） p4503+-S p4502+-S + O2 S-OH H2O 2H+ p4503+-SOH p4503+-S 图4-1 肝脏解毒过程H+O2-第81页五、果实成熟和植物组织创伤影响1果实成熟和老化 果实成熟和老化是一个严格控制氧化过程。在成熟过程中，水果或果实中游离-SH基团降低，同时大量积累了H2O2和脂类过氧化物。由此可见，成熟过程可

35、用增加水果中H2O2含量处理方法来进行催熟。第82页2植物对创伤“响应” 植物组织中含有几个特殊氧化酶类，当组织受伤时，这些酶被释放出来，在氧作用下，氧化酶对受伤部位组织不饱和脂肪酸进行过氧化作用，使它变成脂类过氧化物及其降解产物醛类物质。 植物组织受破坏形成脂类过氧化物和醛类物质在杀死企图进入伤口细菌和真菌方面起着主要作用。第83页六、其它 自由基生理功效还有许多方面，如前列腺素合成，木脂素形成与毁坏，植物光合作用等。第84页第五章 缺血重灌流自由基对组织损伤 一、缺血重灌流活性氧自由基产生机制二、缺血时间与重灌流组织损伤效应三、缺血重灌流对组织器官损伤（实例）第85页 缺血引发组织损伤是致

36、死性疾病主要原因，比如冠状动脉病和中风。但有许多证听说明仅仅缺血还不足以造成组织损伤，只有在一段时间后，血流又突然恢复（即重灌流）时才出现损伤。缺血组织重灌流时所造成微血管和实质器官损伤主要是由活性氧起作用，这在各种器官损伤中已得到证实。如在创伤性休克、外科手术、器官移植、烧伤、冻伤和血栓等血液循环障碍时都出现缺血重灌流损伤。第86页一、缺血重灌流活性氧自由基产生机制 黄嘌呤氧化酶是缺血重灌流时活性氧自由基产生主要原因。它存在于机体各种组织中。 机体在正常情况下所摄取食物普通不能直接提供能量，其中一部分能量直接转化为热能，以维持我们机体正常体温，另外一部分则转化为生物能，然后以生物能形式向各组

37、织提供所需能量，以维持机体正常生理功效。第87页 这种能量转化方式需要一个能量中转载体，即ATP（三磷酸腺嘌呤核苷，简称三磷酸腺苷）。其供能方式以下： ATP 有 氧 ADP + Pi + 能量 当机体缺血时，缺血组织处于暂时缺氧状态，此时ATP供能方式为： ATP 缺氧 AMP + 能量 缺氧 腺嘌呤核苷 缺氧 次黄嘌呤核苷 缺氧 次黄嘌呤 第88页 由此可见，机体缺血时组织中就会积累大量次黄嘌呤。当血液恢复供给时（即重灌流），氧分子重新进入组织，与组织中积累次黄嘌呤和黄嘌呤氧化酶发生反应，生成大量活性氧O2- 、H2O2 和OH。这些含有细胞毒性自由基或活性氧使细胞膜脂类过氧化，使组织中透

38、明质酸和胶原蛋白降解，改变了细胞结构和功效，造成组织损伤。其全过程以下列图所表示：第89页 ATP 组织损伤 AMP LOOH 腺嘌呤核苷 OH 次黄嘌呤核苷 Fe2+ 次黄嘌呤 黄 嘌 呤 氧 化 酶 尿酸 + O2- + H2O2 重 灌 流图5-1 缺血重灌流造成组织损伤示意图 LH缺血第90页二、缺血时间与重灌流组织损伤效应 由图5-1能够看出，缺血重灌流时活性氧自由基产生与组织中积累次黄嘌呤相关。即活性氧自由基主要由组织中积累次黄嘌呤和黄嘌呤氧化酶在有氧情况下发生反应生成，而次黄嘌呤是缺血时组织中ATP代谢形成并积累在组织中。第91页所以，组织缺血时间越长，所积累次黄嘌呤就越多，当血

39、液重新供给时，生成活性氧自由基也就越多，对组织损伤程度就越大。所以，组织损伤程度与其缺血时间成正比。当然，当组织长时间缺血时，因为细胞得不到氧气而死亡，从而造成组织或器官坏死，这就谈不上自由基损伤了。第92页三、缺血重灌流对组织器官损伤（实例）1小肠和胃 例：猛烈运动后喝冷饮，空腹饮酒或饥饿后暴饮等，均可造成小肠和胃缺血重灌流损伤（慢性损伤）。2脑 例：饭后马上冲凉，中风（急性损伤），低血糖等。第93页3心脏 例：冠心病、心肌梗塞、血管硬化、心力衰竭等（急性损伤）。4皮肤 最经典例子是烧伤（急性损伤）。皮肤移植等。第94页5肌肉 人在猛烈运动后会感到肌肉酸痛，即疲劳。当注射SOD后，疲劳症状就

40、会减轻或消除。原因是运动过程中肌肉处于暂时缺氧状态，当停顿运动时，供氧得到恢复，这是一个经典缺血重灌流，此过程中产生大量活性氧自由基会损伤肌肉，造成肌肉酸痛。因为SOD是活性氧有效去除剂，所以注射SOD后可减轻运动后疲劳症状。第95页 由此可见，在大运动量时，如及时供给维生素E、GSH或SOD等抗氧化剂可能解除疲劳或损伤。这对军事和体育运动适宜运动量提出了质疑。第96页6肺 例：高原缺氧和肺气肿。肺气肿特点是支气管和肺泡管破坏，肺泡面积缩小，造成气体交换困难，血氧过少。第97页7眼 眼是动物唯一光感受器，它直接暴露于光和氧气中，按理最易产生光氧化反应，也最易遭受到氧化性损伤。但事实并非如此，这

41、与眼晶状体生物化学特征相关。1、晶状体无直接血液供给，所以氧浓度极低；2、晶状体无线粒体，所以不能经过氧化而自行产生活性氧自由基；第98页3、晶状体含有高浓度GSH，前房液中含有高浓度抗坏血酸。以上三点使得眼中氧化性代谢产物既难于生成，也难于积累。只有老年动物光学功效才受到损伤，或是眼睛直接收到光辐射（如紫外线、射线辐射等）和暴露在光化学污染气体中时才受到损伤。第99页 白内障是人类致盲首位原因，据世界卫生组织1982年调查，全世界每年有1 700万人因白内障而失明。对白内障发病机制当前还未十分清楚（可能与长久受光辐射、接触光化学污染物和受病毒及病菌感染所致），而且也无特效药防治。白内障（特点

42、：角膜水肿，细胞通透性功效障碍）造成眼睛失明是由缺血重灌流产生活性氧自由基损伤眼角膜和晶状体而造成。第100页 许多眼药水中均含有各种活性氧自由基去除剂，如SOD、甘露醇、GSH、叔丁基羟基茴香醚和-胡萝卜素等。依据不一样职业类型、工作环境或生活习惯选取这类眼药水，或者直接经过膳食或药品适量地补充活性氧自由基去除剂，对眼睛会有一定保健作用。 第101页8循环性休克及其治疗 循环性休克是因为猛烈旋转或高空严重失重状态下产生周身血液循环紊乱而造成一个有活性氧参加病理过程。这是一个经典缺血重灌流现象，所以自由基去除剂，尤其是活性氧去除剂都含有防治循环性休克作用。第102页第六章 自由基与癌症 一、自

43、由基致癌机制 二、致癌物和促癌物 三、吸烟致癌论 四、空气中自由基 五、癌症预防第103页 长久以来，人们曾从不一样角度来探讨癌症发病原因，但未取得突破性进展。自从自由基化学揭露了自由基高度活泼性，且能引发快速扩展链锁反应后，人们才把自由基这些性质与癌症诱发及其快速生长联络起来。今后，相关癌症发病机制研究才取得长足进展。第104页一、自由基致癌机制 一个正常细胞发生癌变必须经历两个阶段，即诱发和促进阶段，称为两步致癌学说。第105页1、诱癌阶段 癌症诱发是由致癌物引发。致癌物要么直接损伤DNA，要么和DNA结合，使其发生结构上不可逆改变，造成DNA结构和功效发生紊乱，最终使细胞突变或死亡，这种

44、突变了细胞在屡次接触致癌物（这种致癌物也含有促癌作用）或促癌物时会发生转化，变成癌细胞，从而造成癌症。这就是致癌物诱癌阶段。第106页2、促癌阶段 诱癌阶段是致癌所必需，但不是充分，如只停留在此阶段普通不会发生癌症，不过屡次重复受到促癌物作用时就转变成癌症。这就是癌症促进阶段。比如，在小鼠身上涂小剂量致癌物不会使小鼠发生皮肤癌，但在此基础上屡次重复使用一些非致癌物质后（如酒精，含有促癌作用），就可制成小鼠皮肤癌模型。第107页 促癌作用机理当前不是十分清楚，但有些人认为，这可能与促癌物质诱发与DNA结合致癌物产生自由基相关。这种自由基化作用可继续引发一系列自由基链锁反应，从而扩大了受损DNA损

45、伤程度，加速细胞转化作用。第108页3、自由基致癌和促癌作用 自由基本身含有很强攻击DNA能力，它能够直接和DNA结合，使其发生结构上不可逆改变，造成DNA突变，也能够使DNA变成自由基，然后产生一系列自由基链锁反应，最终造成DNA损伤或突变，这就是自由基致癌作用。第109页少许自由基对DNA损伤或突变作用是永久性，含有转化成癌症可能，即使暂时不得癌症，但如屡次重复地受到一样或其它自由基攻击后，DNA损伤或突变作用就会增加，这时，受损细胞转化成癌细胞可能性就会大大地提升，这就是自由基促癌作用。第110页从这一意义上讲，自由基促癌作用主要是经过扩大受损DNA损伤程度，增加细胞转化可能来实现其致癌

46、作用。如经常接收强日照会使人得皮肤癌，屡次重复接触放射源（X射线、射线等）会引发白血病，习惯于油腻和烘烤饮食人得肠道癌机率会增加等等。第111页二、致癌物和促癌物 凡能和DNA发生不可逆结合或直接损伤DNA，造成其产生永久性损伤或突变作用物质，都含有致癌作用，我们把这些含有致癌作用物质统称为致癌物。如化学性质活泼自由基、脂类过氧化物、苯并芘（a）、多环芳烃、芳胺、羟胺、各种农药、亚硝基和硝基化合物等。 第112页 有些致癌物本身就是自由基，如脂类过氧化物；大多数非自由基致癌物在体内活化或分解后也产生危害性很强自由基，如苯并芘（a）、多环芳烃、芳胺、羟胺、亚硝基、硝基化合物、农药等等。但不论是哪

47、一类致癌物，其致癌机制都是使DNA产生永久性损伤或突变，从而造成细胞转化。第113页 有些物质本身不致癌，但屡次重复作用于已经诱发细胞就会造成其转化，从而引发癌症。这类能促使DNA受损细胞转化而引发癌症物质称为促癌物。促癌剂种类繁多，包含酒精、甲醛、巴豆油、巴豆脂、酚类、脂酸甲酯、直链烷、表面活性剂（十二烷基磺酸钠和吐温60）、柑橘油、碘乙酸、未燃烧烟草提取物和香烟烟雾凝聚物等等。 第114页 值得提出是，许多致癌物兼有致癌和促癌双重作用，如自由基和含磷农药等，这类物质少许即可使DNA损伤或突变，大量接触则可引发癌症产生。第115页三、吸烟致癌论1、吸烟致癌证据 1962年英国皇家内科学院指出

48、“吸烟是肺癌主要原因”，1964年美国外科医生咨询委员会依据15个国家一百多个调查以及试验性研究指出“吸烟造成肺癌，其作用远远超出其它病因”。第116页1982年美国卫生部提出“吸烟能引发各种癌症”，“吸烟是当前人类健康最大威胁之一，然而是一个能够防止死亡原因”，同时又指出“天天吸烟2包以上者，死于肺癌机会比不吸烟者高1520倍，不吸烟者因为被迫吸入吸烟者喷出烟雾而患肺癌机会正在上升。吸烟者咽、喉、食道、肾、膀胱和胆癌变率都高于不吸烟者。戒烟达12者肺癌发病率能够降到不吸烟者水平”。第117页这个汇报对吸烟者是个严重警告，对戒烟者是个勉励。那些与吸烟者常靠近家庭组员和同事们都是受害者。1986

49、年中国卫生部调查汇报表明，中国男人吸烟者达61%，名列世界各国之首，而且大多数在1524岁就开始吸烟；妇女占7%。调查指出吸烟百分数与受教育水平呈相反关系。我国每年死于肺癌者达10万人，如不采取戒烟办法，到2025年预计将有200万人死于肺癌。第118页 据世界卫生组织汇报，工业化国家男女吸烟为30%，而第三世界国家里，男子吸烟者占50%，女子占5%。伴随工业化国家反对吸烟运动势头增强，卷烟厂以邻为壑正企图向第三世界倾销。反对吸烟最大障碍不是来自吸烟者，而是来自烟草工业惊人利润。第119页1986年我国烟草业收入为432亿元，仅次于石油工业收入。不过假如考虑到因吸烟而投入医疗费用，以及因早逝而

50、丧失人才，那么发展烟草工业无异于饮鸠止渴。所以，宣传戒烟，寓禁于征，降低烟毒都是明智方法。第120页 把烟油涂到小鼠和兔子上皮组织上能致癌。让田鼠生活在稀释烟雾中（1:7）天天2次，每次10分钟，共18个月以上，则胰腺癌发病率为30%、喉癌为10%、食道癌为5%。香烟烟雾颗粒可使小鼠皮肤、狗及大鼠支气管上皮以及大鼠结缔组织致癌。这些结果已被十多个国家100个以上研究机构所证实。第121页2、烟致癌物 香烟烟雾可分为气相和颗粒相两部分。气相能经过玻璃纤维滤膜，而颗粒相则吸附在膜上，直径大于0.1m，称为焦油。气相中致癌物以亚硝基化合物为主，如二甲基亚硝胺、二烷基亚硝胺、亚硝基吡咯烷、亚硝基哌啶等

51、；另外还含有各种促癌剂，如甲醛等。第122页颗粒相（焦油）含有3 000种以上化合物，可分为中性和酸性成份，中性成份致癌，主要以甲基化多环芳烃类化合物为主，如苯并芘（a）等；酸性成份本身不致癌，只能加强中性成份致癌作用（类似于促癌剂，但不是促癌剂）。第123页3、烟自由基 许多有机物在焦化时能产生大量种类繁多自由基。如香烟点燃时，中心温度达850900，边缘达1200之高。下表列出了各种焦化物中自由基含量。第124页焦化物中自由基含量（自由电子/克）家庭烟囱油烟51018柴油油烟21019香烟支流烟雾51014香烟主流烟雾11015第125页 香烟自由基含量不因其价格、等级或有没有过滤嘴而改变

52、。 在香烟自由基中，气相中比固相中更易与细胞发生反应，因为焦油中自由基常被较大颗粒紧紧地束缚着。香烟自由基对水和光及敏感，当香烟烟雾经过水过滤时，固相成份及自由基几乎留在水中，此时经过滤出来烟雾已几乎没有自由基。与此现象巧合是以色列也门旗埃洛亚人不吸香烟，只吸水烟，他们不患肺癌。第126页4、香烟生物学作用 香烟生理作用是极为有害。香烟烟雾中自由基能够直接攻击DNA，也可把体内O2还原成H2O2或O2- ，进而生成活性更强OH去间接地攻击DNA，最终造成DNA链损伤或突变。 第127页 另外，香烟烟雾及其冷凝物中非自由基成份能够和血红素及肺组织中磷脂反应，形成稳定性自由基，从而造成血相异常及肺

53、功效损害。第128页四、空气中自由基 空气飘尘中自由基主要起源于烟囱排出物、机动车尾气和香烟烟雾。城市上空自由基占分子污染物总量110%，造成严重危害。工业城市光化学烟雾也是经过自由基反应形成。即在特定气象及地理条件下，日光照射空气污染物，发生光氧化反应，形成光化学烟雾。 第129页 光化学烟雾产生要求空气中污染物必须到达一定浓度，当地表空气温度低于上层空气温度逆温层条件下，污染物不能经过空气流动而自然稀释，就易于积聚。 第130页 工业和发动机废气中含有CO、NO和未燃尽烃类，比如烷烃、烯烃和芳香类化合物，以及烃类不完全氧化物，如甲醛和乙醛等，在日光照射下，经过光氧化反应生成CO2、O3、N

54、O2、醛、酮、过氧硝酸乙酰酯RCOOONO2（PAN）以及烷基硝酸盐。它们组成了光化学烟雾。 第131页光化学烟雾在日光继续照射下可发生一系列自由基链锁反应，这对身体健康造成极大伤害： NO2 + O2 hv O3 + NO 在潮湿大气中亚硝酸光解可生成OH，烃氧化后也可生成OH，OH复合生成H2O2： HONO hv OH + NO 2OH H2O2第132页 PAN在日光照射下快速分解成过氧乙酰自由基，后者与NO反应又可生成一个新自由基： RCO-OONO2 hv RCO0-OO + NO2 RCO-OO + NO RCOO + NO2第133页 NO和NO2本身就是有毒且稳定自由基。所以

55、，光化学烟雾中含有活性氧、无机和有机自由基，轻易引发脂肪酸过氧化作用，从而产生一系列疾病。 兰州市为我国化工中心之一，位于两山夹峙河谷，风力极小，雨量少，阳光充分，有很厚逆温层，这此综合原因组成了生成光化学烟雾良好条件。第134页 经过对空气自由基信号测量发觉，空气中自由基含量为：工商业区文教区农村南极，工商业区比农村高13倍左右，农村比南极高3倍左右。世界卫生组织（WHO）曾作出以下结论：“汽车尾气、工业和供热系统烟可能是引发肺癌病因”。流行病学研究所也指出：“冶炼厂、石油化业厂和核工业区周围居民癌死亡率比其它高”。第135页关于空气负离子问题： 空气负离子含有杀菌和使空气清新作用。这已广为

56、人知，但至今不知其作用机理，甚至没有确切定义。许多人提出空气负离子可能与自由基有一定关系。Kellogg等人研究发觉，空气负离子杀菌作用可因加入SOD而减弱，因而认为超氧阴离子最少是空气负离子组成之一。我国已经有多个单位从事相关研究。第136页五、癌症预防1、保护DNA免受自由基攻击 普遍认为，生物体内DNA损伤是造成癌变或突变分子基础。物理化学原因常能诱发产生非常活泼自由基，致癌物（C）也能经细胞活化生成自由基C，这些自由基都能使细胞DNA转变为DNA，随即与C形成DNAC加合物，这种加合物可能是癌变诱发阶段关键。 第137页 我们构想一下，假如某种非致癌物N与致癌物C竞争而生成DNAN加合

57、物，保护DNA免受C攻击，则可能阻止癌变。所幸是，自然界中有许多物质都含有这种功效，如含氮抗癌药品及全部自由基去除剂。第138页 既然大量事实已经说明了自由基和活性氧在诱癌和促癌方面都起着主要作用，所以，防止自由基直接对DNA攻击才是最有效癌症预防办法。第139页2、提升机体组织抗氧化力 机体组织抗氧化力指是整个机体抗氧化能力总和。主要以自由基去除剂或抗氧化剂形式存在。如SOD、GSH、GP、CAT、NADPH、各种维生素和各种各样自由基去除剂等。第140页自由基去除剂或抗氧化剂含有去除自由基能力，所以，机体组织抗氧化力提升在某种程度上能够预防或减轻自由基对DNA攻击，甚至能够修复已经被自由基

58、损伤DNA，从而能够预防癌症发生。日常生活中，我们可经过加强营养和饮食调理方法来到达提升组织抗氧化力目标，这是一个长久而艰巨过程。第141页第七章 自由基与衰老 一、自由基致衰老机制二、衰老直观标志老年斑三、生物抗氧化剂与寿命关系四、组织抗氧化力与寿命关系五、组织抗氧化力与衰老关系六、外加抗氧化力对衰老影响七、代谢率与衰老八、限食、性别与衰老第142页 1955年，Harman第一次提出自由基与衰老和疾病相关（即衰老自由基学说），接着于1957年发表了第一篇相关自由基与衰老研究论文，他用含有0.51%自由基去除剂饲料喂养小鼠，可使寿命增加。 第143页 1980年cutler等经一系列研究后指

59、出，需氧生物在进行氧化代谢过程中产生氧自由基、醛类和过氧化物都含有高毒性，可造成衰老。今后，相关衰老各种学说相继提出，但全部这些学说几乎都与自由基发生直接或间接联络。第144页一、自由基致衰老机制1、脂类过氧化作用 自由基攻击生物膜中不饱和脂肪酸，引发自由基链锁反应，造成细胞损伤、衰老或死亡。其最终止果是引发整体组织或器官退行性死亡（或者说慢性消耗性衰退）衰老（参见P3）。第145页2、DNA损伤作用 DNA是遗传物质，主要由四种碱基组成，即腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）组成共价多聚物。自由基对DNA损伤主要是经过与DNA中胸腺嘧啶作用，生成过氧化物（即胸腺嘧啶过氧化

60、物TO2和TOOH），造成DNA损伤或突变，从而引发机体生理功效广泛紊乱，最终造成衰老或引发癌症（这种作用与引发癌症机制是一样）。 第146页自由基损伤DNA机制： R R H2O H+ O2 T T T-OH TOOH + TO2 自由基并非只攻击DNA中T，而是DNA四种碱基中，T对自由基比较敏感，敏感程度依次为TCAG，上式只代表DNA主要损伤方式。所以，当自由基攻击DNA时，DNA并不是受到点式损伤，而是整条链同时受到不一样程度损伤。第147页二、衰老直观标志老年斑 动物和人神经细胞、心脏、肝以及皮肤等组织在老年时出现点状或弥散状色素从容，这种色素称为脂褐质，俗称老年斑。它是不饱和脂肪