自由基生物学市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件

自由基生物学

FreeRadicalBiology

1/160前言1.什么是自由基生物学：是一门以当代自由基理论、观点和方法研究自由基在生物和人体产生、反应及其与各种生命现象相关科学。自由基生物学是一门新兴前沿和交叉科学，含有主要理论意义和广泛应用前景而且与人类健康亲密相关。2/1602.自由基生物学发展1900年，Gomberg对甲苯基发觉揭开了自由基首篇章。1969年弗里多维奇（Fridovich）和麦科德（McCord）发觉了超氧化物歧化酶（SOD）及其主要生物学作用是自由基生物学发展史上里程碑。1998年，NO自由基研究取得诺贝尔生物医学奖3/16021世纪以来，自由基生物学效应不停被揭示，自由基与一些疾病发病学关系也被逐步认识。自由基生物学研究包含自由基过量生成原因及机体去除自由基机制，以及相关疾病。以及机体代谢产生自由基各种生理生化活动等。4/1603.检测自由基新技术和方法自由基检测是研究自由基关键。物理学发展了各种检测短寿命自由基伎俩，如研制成功时间分辨ESR技术和ESR成像仪，不但能够检测自由基种类和浓度，而且能够检测自由基在生物体内空间分布。5/160利用这些方法系统地研究了氧自由基和一氧化氮自由基性质、生物功效和疾病关系，尤其是在炎症、心脑缺血再灌注损伤和神经退行性疾病中作用。

6/1604.自由基与医学关系从射线产生自由基及其含有顺磁性和近年来对活性氧研究得出结论：许多病理过程，包含辐射损伤、衰老、毒物作用及心血管疾病中一些步骤等，都和自由基相关。自由基病理学就是在这一基础上发展起来。7/160年8月5日《参考消息》第7版，〈科学技术〉栏，大篇幅介绍了英国剑桥大学德•格雷博士“人活千岁不是梦”全新科学理念老龄化并非人类身体本身条件无法防止一个结果，而是细胞或分子长久受损造成后果，而医学发展能够防止这一受损过程，甚至能够完成细胞修复。让寿命以健康方式延长，而不是脆弱地慢慢变老。细微老化工程策略：德格雷在年建立了“高寿鼠奖”，用300万美元奖励能够证实再生治疗法在老鼠身上可行科学家。8/1606.1自由基定义

含有一个或几个未配对电子分子、离子或原子称为自由基通常在其式子旁加一个黑点做为特征标识，如：·OH、Cl·9/160什么是自由基呢？自由基是含奇数电子一群原子。奇数不成对电子急欲寻求其它电子来配对，所以会把別物质氧化。就像空气中铁生锈、削好苹果变色一样。

10/160“基”（radical）在化学中惯用来表示不一样原子团，如碳酸基、硝酸基、甲基等；自由基（freeradical）是指能独立存在，含有一个或一个以上不配对电子任何原子或原子团；通常在其式子旁加一个黑点做为特征标识，如：·OH、Cl·11/160当化合物共价键断裂时，成正确电子由2个原子均分，称为均裂反应，所需能量由热能、电磁辐射等提供，高温气相反应即燃烧就是一个自由基过程；当共价键异裂时，一个原子接收了成对电子，如水异裂生成H+和OH-，因为都不存在不配正确电子，故不是自由基。12/1606.1.1自由基产生自由基能够经过共价键均裂产生，也能够经过电子俘获产生。比如：CH4、CCl4共价键化合物解离有两种方式：一是异裂；二是均裂，其产物是自由基。 共价键解离供能方法：热解、光解、辐射作用、氧化还原偶联反应等。13/1606.1.1自由基产生热解热解是经过加热使共价键均裂产生自由基方法。

(CH3)3C-O-O-H(CH3)3C-O·+·OH

(普通键离能越高，热解所需能量就越大，生成自由基也越不稳定。)·14/1606.1.1自由基产生光解

光解是利用光化学反应吸收光量子（在波长适当紫外或可见光照射下）使共价键均裂产生自由基方法。如：Cl2Cl2*2Cl·

可光解产生自由基化合物有：卤素、R-O-O-R、R-N=N-R、R-O-Cl、酸酐、丙酮等。15/1606.1.1自由基产生辐射分解

其能源是高能光子（X-ray）、高能电子流

氧化还原法是产生自由基方便方法。普通有机过氧化物与过渡金属离子发生单电子氧化还原反应时，可产生自由基。通式：

Mn++R1-O-O-R2M(n+1)++R1-O·+R2O-16/1606.1.1自由基产生比如：(1)Fe2++(CH3)3C-O-O-HFe3++(CH3)3C-O·+OH-(2)Fe2++H2O2Fe3++·OH+OH-酶促氧化还原反应也能够产生自由基。如黄嘌呤氧化酶催化黄嘌呤产生尿酸反应中产生O2·-。除上述几个方法外，还有请氢键破坏等方法也能够产生自由基。17/160按照自由基产生方式分为内源性自由基和外源性自由基；内源性自由基指生物体内产生自由基，主要是O2-·与·OH及其衍生物如H2O2、O2、RO·、RO2·

、ROOH；外源性自由基指以物理或化学方法产生自由基，有经过热解、光解、辐射分解使共价键均裂产生，也包含使带有成对电子物质俘获一个电子产生自由基。18/160H2OH•＋OH•带有不成对电子基团称为自由基自由基反应活泼性尤其强19/1606.1.2自由基性质自由基含有顺磁性特征自由基普通含有活泼化学活性与本身结构、反应物、反应条件（温度最显著）决定自由基反应关键原因：

自由基中心单电子定域程度；反应过程中止裂共价键和生成共价键强度。20/1606.1.2自由基性质1、独特物理特征――顺磁性：自由基中未成对电子，因自旋运动产生磁距未被抵消，含有净电子自旋磁矩。在无外加磁场时，未成对电子自旋磁距是随机取向，处于同一个平均能量状态。当自由基置于外加恒定磁场中，电子自旋磁距就会与外磁场相互作用，其磁距方向就会沿外磁场方向排列，使含有自由基物质表现出净磁化强度，这种现象称之为顺磁性，顺磁性是自由基独特物理特征。21/1602、活泼化学性质因为自由基含有未成对电子，所以大部分自由基很不稳定，含有活泼化学性质，含有极强攻击作用。在全部分子成键过程中，电子都是倾向配正确，自由基中未成对电子也有配正确倾向，所以大多数自由基都很活泼，反应性极强，轻易反应生成稳定分子，这一主要性质造成自由基极易进攻细胞、蛋白质、酶和核酸等，这也正是自由基轻易造成机体损害直接原因。22/160有少数自由基化学反应性很低，如三苯甲基自由基，这是因为其空间原因和共振效应引发。23/1603、绝大多数自由基半衰期短在通常条件下极难存在，平均寿命仅有10-5s，所以不易制备，这就给自由基分离和检测工作带来困难。24/1604、有些自由基如FMN或FAD含有特征吸收光谱，有特殊颜色，这有利于自由基判别。

25/1606.1.2自由基性质5、自由基稳定性是指自由基碎裂成较小碎片或经过键断裂进行重排倾向。它与结构亲密相关。R-H键离解能越高，自由基越不稳定。有共振自由基稳定性增加。Ph-或CH2=CH-数目增加，自由基稳定性也增加，这种稳定性增加还包含空间障碍原因。26/1606.1.3自由基反应定义：有自由基参加化学过程分类：单分子自由基反应自由基-分子相互作用自由基-自由基相互作用链式反应27/1606.1.3自由基反应1.单分子自由基反应

不稳定自由基本身发生碎裂和重排反应，没有其它反应物参加。

碎裂：自由基碎裂成一个稳定分子和一个新自由基。重排：在环状体系中通常是临近氧C-C键断裂生成羰基和一个异构自由基；1,2-或1,5-氢原子或氯原子转移。28/1606.1.3自由基反应2.自由基-分子相互作用自由基与其它反应物分子间相互作用所反生反应。包含:(1)加成

(2)取代或夺取

(3)和氧化剂反应29/1606.1.3自由基反应3.自由基-自由基相互作用①二聚或偶联②歧化反应影响自由基反应原因：①位阻效应②溶剂效应30/1606.1.3自由基反应4.链式反应自由基链式反应分为引发、扩展、终止三个阶段。开启和终止阶段反应前后自由基数目发生改变，而增加阶段反应前后自由基数目不变。以甲烷氯代反应为例：

CH4+Cl2=CH3Cl+HCl

31/1606.1.3自由基反应（1）引发：经过热辐射、光照、单电子氧化还原法等伎俩使分子共价键发生均裂产生自由基过程称为引发。ClCl

→2Cl·（2）扩展：Cl·+CH4→CH3·+HClCH3·+Cl2→Cl·+CH3Cl（3）终止：两个自由基相互结合形成份子过程称为终止。Cl·+Cl·→Cl2

Cl·+CH3·→CH3ClCH3·+CH3→CH3-CH3

除上述外，自由基还有这可发生裂解、重排、氧化还原、歧化等反应。32/1606.1.4自由基研究方法1.电子顺磁共振2.脉冲射解与停流技术3.超微弱化学发光法4.O2·-、H2O2测定6.过氧化产物测定6.相关酶活力测定（CAT、SOD）33/1606.1.4自由基研究方法电子顺磁共振（EPR）

EPR方法就是利用含有未配对电子物质在静磁场作用下对电磁波共振吸收特征来对物质进行检测与分析。

EPR测量通常是固定微波频率，经过线性扫描磁场来取得信号。34/1606.1.4自由基研究方法脉冲射解与停流技术

脉冲射解法，即用一个脉冲式电离辐射源照射化合物溶液，自由基可在微秒或更长时间内产生，而许多自由基吸收光谱与原化合物不一样，可用吸收光谱进行检测。

停流法，把反应物同时压到石英管中，混合后再进入搜集管。控制条件可使混合液体在石英管中停留很短时间而来不及进行显著反应。进入搜集管液体被迫突然停顿后，石英管中反应才进行直到完成，经过测量吸收光谱改变可算出反应速率。35/1606.1.4自由基研究方法超微弱化学发光法超微弱化学发光法，是对脂质过氧化过程中自由基反应惯用研究方法。可分为自发发光和诱发发光，诱发发光可采取物理或化学诱发因子。36/1606.1.4自由基研究方法O2·-、H2O2测定

O2·-测定：O2·-可使细胞色素C(CytC,λmax570nm)变成还原型CytC(λmax550nm)，测定ΔA，依据消光系数，计算CytC还原量间接表示O2·-含量。

H2O2测定：H2O2λmax为240nm，依据其消光系数，无干扰物存在可直接采取紫外法测定。37/1606.1.4自由基研究方法过氧化产物测定

(1)丙二醛(MDA)测定：MDA是不饱和脂肪酸过氧化产物之一，它产量多寡可表示过氧化程度高低。

(2)共轭双烯测定：MDA易与细胞内其它物质反应，仅测MDA含量不足以充分反应客观自由基损伤程度。最好还测定不饱和脂肪酸发生过氧化过程中产生共轭双烯。利用紫外法可直接测定。38/1606.1.4自由基研究方法相关酶活力测定（CAT和SOD）

(1)过氧化氢酶(CAT)活力测定：分光光度法、滴定法、侧压法。分光光度法最惯用，原理是CAT能催化H2O2变成H2O和O2，使H2O2在240nm处吸收值下降，测定单位时间A240nm差值，依据H2O2消光系数可计算CAT活力。39/1606.1.4自由基研究方法相关酶活力测定（CAT和SOD）

(2)SOD(超氧化物歧化酶)活力测定：

直接法，直接测SOD所催化反应底物消耗速率或产生速率。

间接法，原理是有一个产生O2·-系统，让O2·-再产生另一个便于检测反应，经过检测SOD对这个反应抑制程度间接计算SOD活力。40/1606.2活性氧概念

O2代谢产物及其衍生活性物质，统称为活性氧

(reactiveoxygenspecies,ROS或OFR)。如:、·OH、H2O2、氢过氧基(HO2·-)、烷氧基(RO·)、烷过氧基(ROO·)、氢过氧化物(ROOH)等。41/160氧及其衍生物天然存在氧分子是自由基，含有2个不配正确电子，分别位于不一样π*反键轨道上，有相同自旋量子数（自旋平行），这是氧最稳定状态，称为基态氧（groundstate）;活泼形式氧称为单线态氧，是基态氧接收了能转变成，有2种形式，1ΔgO2状态比基态氧能量高93.7kJ，1Σg+O2更活泼，比基态氧能量高156.9kJ；这两种单线态氧都已不存在自旋限制，氧化能力大大增加。42/160

由两个氧原子组成氧分子。两侧不成正确电子呈对称，稳定。普遍存在自由基。单边只有一个电子很不稳定。单侧电子进入到另一侧轨道上，出现了空轨道，很不稳定。经常发生在紫外线照射下皮下组织里。由两个氧原子和两个氢组成，即使没有不对称电子，很不稳定。惯用做杀菌剂。也可杀死进入到体内细菌。

最活跃自由基。一个氧原子和一个氢原子形成。过氧化氢和金属离子反应时产生。43/160非自由基活性氧特点是能够在自由基反应中产生，同时还能够直接或间接地触发自由基反应。一些处于激发态含氧有机物，如激发态羰基化合物和二氧乙烷及臭氧等也都属于含有生物学意义活性氧。44/160在生物体系中，电子转移是一个基本改变。氧分子能够经过单电子接收反应，依次转变为O2·־、HO2·־、HOOH、·OH等中间产物。因为这些物质都是直接或间接地由分子氧转化而来，而且含有较分子氧活泼化学反应性，遂统称为活性氧，亦称氧自由基。45/1606.2.1体内活性氧产生O2·-产生

(1)酶反应产生：需氧生物体内氧代谢过程可产生O2·-。如XOD（黄嘌呤氧化酶）次黄嘌呤+2O2+H2O→黄嘌呤+2O2·-+2H+

黄嘌呤+2O2+H2O→尿酸+2O2·-+2H+NADPH氧化酶

NADPH+2O2→NADP++2O2·-XODXOD46/1606.2.1体内活性氧产生O2·-产生(2)非酶反应产生:O2从还原剂接收一个电子转变成O2·-。

如：①一些生物因子（还原型核黄素、半胱氨酸等）在O2存在下氧化时可产生O2·-；②氧合血红蛋白转变为高铁血红蛋白时可生成O2·-；③体内产生半醌自由基与O2反应生成O2·-；④体内H2O2碰到过渡金属离子或其复合物时，均可产生O2·-。47/1606.2.1体内活性氧产生·OH产生

(1)经过过渡金属离子（Fe3+）催化发生Haber-Weiss反应产生·OH。

Mn++O2·-→M(n-1)++O2M(n-1)+H2O2→Mn++·OH+OH-___________________________________________________O2·-+H2O2→·OH+O2+OH-这是生物体内·OH产生主要起源。48/1606.2.1体内活性氧产生·OH产生(2)一些酶催化系统可产生·OH：如前列腺素合成酶、鸟嘌呤环化酶催化反应；(3)一些生理或病理生理过程可产生·OH：如嗜中性白细胞及巨噬细胞吞噬细菌时可产生·OH；(4)一些药品在体内代谢可能产生·OH：羟化药品（5-羟基巴比妥酸等）及含有醌型抗肿瘤抗生素（博莱霉素）进入生物体内可产生·OH。49/1606.2.1体内活性氧产生H2O2产生生物体内是经过酶催化反应生成H2O2,如：2O2·-+2H+→H2O2+O2

黄嘌呤+2O2+H2O→尿酸+2O2·-+2H+

线粒体与内质网产生O2·-是H2O2主要起源，其H2O2产量约占氧耗量1.7%XODSOD50/1606.2.1体内活性氧产生1O2产生过氧化物酶催化产生1O2：人嗜中性细胞溶酶体内富含髓过氧化物酶，它能催化反应：

OCl-+H2O2→1O2+Cl-+H2O2一些植物和细菌过氧化物酶催化反应也产生1O2光敏反应产生1O2：眼角膜中柱细胞视黄醛在光敏反应中可产生1O2脂质过氧化过程产生1O2：ROO·分子间相互作用2ROO·→ROOR+1O2

51/1606.2.1体内活性氧产生脂质过氧化物产物产生

生物体内O2·-本身并不能使脂质过氧化，只有其质子化产物HO2·含有引发脂质过氧化作用；·OH可引发脂质过氧化；1O2可在脂质过氧化过程中产生并引发脂质过氧化，但首要前提是要有其它活性物质（·OH）作为最初引发剂。52/1606.2.1体内活性氧产生脂质过氧化物产物产生

RO·、RO2·和ROOH是脂质过氧化产物。正常生理下，此产物含量极低且可转化为无害物质。病理条件下，外源性物质（毒物、药品等）可间接引发脂质过氧化；内源性活性氧增加则可使脂质过氧化发生或加强。其产物对机体将产生损害。53/1606.2.1体内活性氧产生脂质过氧化物产物产生

它由引发、增加、终止三个阶段组成。增加阶段可产生各种自由基，如脂质过氧自由基(ROO·)、脂氧自由基(RO·)、脂自由基(R·)。终止阶段可产生各种小分子产物如丙二醛(MDA)等。54/1606.2.1体内活性氧产生脂质过氧化物产物产生

引发剂：光、射线或自由基链式反应：脂质分子LH脱去1个氢原子形成脂质自由基L·，此脂质自由基再与氧反应生成脂质过氧自由基LOO·。此过氧自由基再进攻其它脂质分子，夺取其氢原子，再生成新自由基和脂质过氧化物LOOH，此反应重复进行，从而造成脂质分子不停消耗和脂质过氧化物大量生成。55/1606.2.1体内活性氧产生脂质过氧化物产物产生终产物：最终生成小分子醛、酮、羧酸以及烷烃和烯烃产物。在脂质过氧化过程中，过渡元素金属离子起着加速脂质过氧化作用，2LOOH→LO·+LOO·+H2O56/160它由引发、增加、终止三个阶段组成。增加阶段可产生各种自由基，如脂质过氧自由基(ROO·)、脂氧自由基(RO·)、脂自由基(R·)。终止阶段可产生各种小分子产物如丙二醛(MDA)等。57/1606.2.2活性氧毒性·OH毒性

·OH是活性氧中最活泼，几乎能与细胞中任何分子发生反应，且反应速率极快。（1）夺氢反应：如·OH与膜上卵磷脂经过夺氢反应产生碳自由基而造成膜损伤。还有·OH能攻击DNA中脱氧核糖产生许多不一样产物，其中有具致突变作用。（2）加成反应：如·OH能加到DNA碱基双键上。（3）电子转移：·OH可与无机或有机物发生电子转移。58/1606.2.2活性氧毒性O2·-毒性

O2·-对细胞损伤作用主要表现为使核酸链断裂、多糖解聚、不饱和脂肪酸过氧化，进而造成膜损伤，使一些酶失活和改变线粒体氧化磷酸化作用等。

O2·-在水中主要起还原剂作用，经过歧化反应生成H2O2。SOD&CAT有防护作用，推测O2·-不能单独造成损伤。59/1606.2.2活性氧毒性O2·-毒性

O2·-之所以有毒性主要在于它能够生成更活泼·OH，这就是Haber-Weiss反应。

O2·-+H2O2→·OH+OH-+O2

不过机体内O2·-和H2O2浓度不可能使此反应进行，McCord等为此提出一个铁催化H-W反应（因体内必定含有铁离子）60/1606.2.2活性氧毒性铁催化H-W反应Fe3++O2·-→Fe2++O2Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OH-(Fenton反应)O2·-+H2O2→·OH+OH-+O2(Haber-Weiss反应)

O2·-和H2O2活泼性较低，可从产生处扩散出去，在细胞其它部分碰到过渡金属离子时即可生成·OH。·OH极活泼，马上与周围分子反应而表现出毒性。61/1606.2.2活性氧毒性H2O2毒性

H2O2是个强氧化剂，可使一些酶-SH氧化而失活。H2O2惯用作消毒剂，它能杀菌和损伤动物细胞。其毒性原因可能是经过H-W反应生成·OH。当H2O2与紫外线结合使用，杀菌效果更加好，可能是紫外线使H2O2均裂成

·OH。62/1606.2.2活性氧毒性1O2毒性

1O2分子中没有不成对电子，不是自由基。1O2与其它分子作用有两种方式：即化合和能量转移。有时这两个反应可同时发生。1O2可与含有C=C结构化合物化合，这在脂质过氧化作用中十分主要。1O2可氧化色氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、组氨酸引发蛋白质损伤。另外还可损伤DNA。63/1606.2.2活性氧毒性脂质过氧化产物毒性脂质是过氧化是指脂质中不饱和脂肪酸氧化讲解链反应过程，它由引发、扩展、终止三个阶段组成。扩展阶段产生各种自由基，如脂过氧自由基；终止阶段产生各种小分子产物，如MDA等。脂质过氧化物都有毒性，可引发各种细胞功效损伤，且和各种疾病发生、发展有亲密关系。64/1606.2.2活性氧毒性脂质过氧化产物毒性

生物膜上脂质过氧化，对膜损伤是严重，如使膜流动性下降，使膜坚固性破坏等。醛类(MDA)是脂质过氧化终产物，能与蛋白质-SH和-NH2作用，既可产生蛋白质分子内交联，使依赖-SH和-NH2维持活性酶失活，使激素受体受伤。65/1606.2.2活性氧毒性脂质过氧化产物毒性

1.脂质过氧化可使细胞脂质受到破坏，从而影响细胞膜功效。

细胞和细胞器膜由脂质（磷脂，胆固醇）和脂蛋白组成。脂质内脂肪酸分饱和和不饱和二大类，饱和脂肪酸使膜坚硬，不饱和脂肪酸使膜柔软且富于流动性。二者百分比适当才能维持细胞膜即坚又软特征，维持细胞膜完整和通透性。脂质过氧化消耗大量不饱和脂肪酸，产生大量脂质过氧化物，使细胞膜流动性降低，使膜脆性增加，线粒体膨胀，溶酶体膜通透性增强，释放溶酶体酶，造成细胞裂解、坏死。66/1606.2.2活性氧毒性脂质过氧化产物毒性

2.脂质过氧化中间产物对蛋白质分子作用

过氧化过程中产生L·、LO·、LOO·与蛋白质分子发生夺氢反应，使蛋白质分子变为自由基，最终造成蛋白质聚合，使蛋白质变性，酶失活。67/1606.2.2活性氧毒性脂质过氧化产物毒性

3.脂质过氧化产物中醛类化合物对细胞也有毒性作用如MDA是1个双功效基化合物，可作交联剂，能与蛋白质、核酸、磷脂等含氨基化合物反应，使之发生交联，丧失功效。醛类化合物还可与蛋白质巯基反应，使其失活。

68/1606.2.3体内活性氧去除

体内产生自由基如积累，将对细胞产生损伤，必须及时将其去除，在长久进化过程中，机体内存在着完整防御系统，它对自由基造成损伤现有预防性质，也有阻断性质，还有修复性质，其中起主要作用是一些酶类。自由基去除剂：凡能和自由基反应使之成为非自由基化合物称为自由基去除剂。69/1606.2.3体内活性氧去除（一）酶类抗氧化剂

酶既是自由基攻击靶分子，又是自由基天然去除剂。O2还原为水过程中第一个中间产物是O2·-

。在体内SOD能将O2·-歧化为H2O2，而CAT或GSH-Px或其它过氧化物酶可催化H2O2生成水。这是生物体内对活性氧解毒一条及其主要路径。假如体内产生O2·-、H2O2超出了上述酶去除能力，则会产生毒性最强·OH，并对机体产生严重损伤。70/1606.2.3体内活性氧去除1、超氧化物歧化酶(SuperoxidDismutase,SOD)2、过氧化氢酶（(Catalase,CAT)3、硒谷胱甘肽过氧化物酶(SeGSHPx)4、谷胱甘肽硫转移酶(Non-Se-GSHPx)71/1606.2.3体内活性氧去除1.超氧化物歧化酶（SOD）正常生物体含有维持活性氧平衡生理浓度能力，过多O2·־依靠SOD消除；SOD由蛋白质和金属离子组成，广泛存在于自然界动植物和一些微生物体内；催化反应：研究表明：人体一些病变可反应在SOD与O2·־含量改变上，对SOD降低或O2·־增加疾病可用SOD药品来治疗。72/1606.2.3体内活性氧去除２.过氧化氢酶（CAT）H2O2是自由基链式反应中间产物，极易还原为化学活性很强·OH，CAT可使H2O2分解为H2O，使H2O2不致与O2·־在铁螯合物作用下生成非常有害·OH；CAT是H2O2特异去除剂，利用CAT可简便准确地检测出H2O2；CAT大部分局限在过氧化物酶体。73/1606.2.3体内活性氧去除３硒谷胱甘肽过氧化物酶(SeGSHPx)

是去除脂质过氧化物与H2O2去除剂，它可使ROOH和H2O2转变为对机体无毒副作用产物，从而终止脂质过氧化作用，预防组织中尤其是不含CAT组织（如脑）中H2O2损伤作用。74/1606.2.3体内活性氧去除4、谷胱甘肽硫转移酶(Non-Se-GSHPx)

主要和亲电药品结合，起解毒作用，和SeGSHPx协同起作用还原脂质过氧化物，减轻脂质过氧化对机体损伤，但不能催化H2O2还原为H2O；GSHPx包含SeGSHPx和Non-Se-GSHPx，主要分布在胞液（75%）和线粒体基质（25%）中，GSSG积累后由谷胱甘肽还原酶还原为GSH；不一样组织中GSH－Px分布也不相同。75/160

6.2.3体内活性氧去除

（二）非酶性防御系统（抗氧化剂）

含有还原性，可抑制开启自由基链反应，阻止自由基反应传输，终止自由基反应化合物称为抗氧化剂。76/16077/1601、脂溶性（1）VitE（2）胡萝卜素（3）CoQ(4）激素2、水溶性（1）VitC（2）谷胱甘肽（3）尿酸3、蛋白类（1）铜兰蛋白（2）胆红素（3）其它血浆蛋白6.2.3体内活性氧去除78/1606.2.3体内活性氧去除新抗氧化剂：多酚类物质多酚是一类主要膳食非营养成份，包含酚酸、类黄酮、木酚素、香豆素和单宁等。原花青素是多酚中较大分子，也被称作单宁，在植物皮、种籽核及木实质中含量较高。最早研究目标是其抗营养性能，它能够与蛋白质、消化酶形成难溶于水复合物，影响食物消化吸收。花色素是植物大多数品种红、蓝、紫色起源。79/1606.2.3体内活性氧去除最近对于原花青素抗氧化作用研究较多，证实含有去除体内自由基，减轻脂质过氧化；保护细胞膜和DNA免受氧化损伤，干扰激素结合于细胞，络合金属、诱导改变致癌性酶；抗诱变和抗癌作用；抑制血小板聚集、消炎；抗过敏；抗衰老。

80/160

6.2.3体内活性氧去除

抗氧化酶及其作用机制抗氧化酶指去除活性氧酶，它含有以下特点：A、细胞含量高度特异性，有专门亚细胞定位，这些定位经常以互补方式重合。B、含有专门金属，尤其是Cu，Mn，Zn，Fe，Se。抗氧化酶分布广泛性说明它们在生物体系中，在预防自由基损伤中含有主要作用。81/160抗氧化酶在去除自由基过程中协同作用82/160

抗氧化剂及其作用机制

抗氧化剂和自由基是一对矛盾体。抗氧化剂分子结构比较特殊，它电子是单个排列，它能够给出电子中和自由基，而本身不会形成有危害物质，也不会发生链式反应，经过去除自由基到达抗氧化目标。常见抗氧化剂有VC、VE、β-胡萝卜素等。

6.2.3体内活性氧去除

83/16084/1606.2.3体内活性氧去除其它化合物去除作用含硫化合物：如麦角硫因、半胱氨酸，能够经过给氢过程而抑制自由基引发反应。VE和Vc：VE能抑制脂质过氧化作用，而Vc能与前面反应自由基中间体反应使VE重新生成，反应中产生Vc自由基可被NADH还原酶还原成Vc。β-胡萝卜素与NADPH:它们均能够是CCl3O2·转变成CCl3O2-，使R·转变成RH，起到减轻自由基损失作用。尿酸：是·OH去除剂85/1606.3自由基生理功效生命过程中产生自由基，是行使生理功效及介导其生化反应所必需。86/1606.3自由基生理功效体内产生自由基主要路径白细胞和多形核白细胞在吞食外来异物和细菌过程产生呼吸暴发，释放大量活性氧，其中包含超氧阴离子自由基、羟基自由基、过氧化氢、单线态氧等。它们既能够作为杀伤外来入侵者有力武器，在炎症和免疫方面发挥着巨大作用，不过也能够对正常细胞膜及其它细胞成份产生损伤作用。

87/1606.3自由基生理功效体内产生自由基主要路径线粒体正常功效是经过氧化磷酸化在呼吸链上将氧气还原成水，合成ATP，为细胞提供能量。但有1％-3％氧气生成自由基。这些自由基假如泄漏出来，就会造成严重细胞损伤。88/1606.3自由基生理功效1.吞噬作用吞噬细胞碰到侵入病菌时，细胞膜凹陷，然后把整个病菌包围并形成吞噬体再转入细胞质内。质膜表面成了吞噬体内表面，膜上NADPH氧化酶产生氧自由基，并进入吞噬体内杀灭细菌。氧在吞噬细胞杀菌时必不可少，要利用它来形成各种有杀菌能力活性氧。89/1606.3自由基生理功效2.在生物合成中作用

一些物质生物合成过程中有氧自由基参加，如：在凝血酶原前体生成凝血酶原过程中，维生素K是不可缺乏因子。90/1606.3自由基生理功效胶原蛋白生成胶原蛋白是体内含量最多蛋白质，约占蛋白总量1/4～1/3。胶原蛋白前体为原胶原蛋白，原胶原蛋白转化成胶原蛋白关键步骤是羟化作用，羟化过程需要自由基参加。91/1606.3自由基生理功效脯氨酸（Lys)羟脯氨酸(羟赖氨酸）在胶原蛋白结构中含有羟脯氨酸、羟赖氨酸、半乳糖基羟赖氨酸和葡萄糖基半乳糖基羟赖氨酸都由羟化作用形成。这些酶促反应都需要O2·

—，·OH，H2O2，1O2参加。92/1606.3自由基生理功效凝血酶原合成

凝血酶原是由凝血酶原前体转变而来，当凝血酶原氨基端10个Glu残基经羧化转为γ-羧基谷氨酰残基后便形成凝血酶原，在羧化过程中，O2·

-是必不可少。93/1606.3自由基生理功效3.解毒作用

机体对外来毒物解毒作用主要在肝脏中进行，其解毒作用实际上是有肝微粒体细胞色素P450催化使外来毒物羟化过程。对象能够是抗生素、麻醉剂等各种药品、各种致癌物。94/1606.3自由基生理功效4.其它方面植物对创伤响应

植物组织受伤时可促发一系列反应形成脂质过氧化物和它们终产物，这些物质在杀死进入伤口病菌方面起主要作用。

95/1606.3自由基生理功效排除多精受精

海胆受精作用与活性氧相关。受精作用进行时诱导氧消耗突发并在卵表面形成一层膜，该膜含有交联酪氨酸残基。膜形成能够阻止更多精子进入，故而排除多精受精现象。96/1606.3自由基生理功效一氧化氮自由基在脑发育过程起着主要作用，它是神经传导逆信使，在学习和记忆过程中发挥着主要作用。植物中叶绿体光合作用产生大量自由基，甚至在一些植物抗病、感病和免疫过程中自由基也发挥着主要作用。97/1606.4自由基与癌症1.自由基与致癌物活化

化学致癌剂（多环芳烃、芳胺、硝基和亚硝基化合物）须经过一个代谢或体外活化阶段，从分子状态改变成自由基后才致癌。体外经光、电、辐射或燃烧可活化形成自由基。体内活化主要在肝、肾微粒体和消化道菌落中进行，它是被NADPH-细胞色素P450系统催化一系列氧化还原过程。98/1606.4自由基与癌症2.自由基与诱癌和促癌作用

细胞发生癌变须经历诱发和促进两步。

诱发阶段，人成纤维细胞在荧光诱发下发生染色体断裂和交换是因为产生了H2O2和·OH自由基破坏碱基，使DNA链断裂或交联，引发染色体异常，最终造成细胞突变。脂质过氧化物既能致癌又能致突变。99/1606.4自由基与癌症2.自由基与诱癌和促癌作用促癌阶段，自由基参加促癌过程依据为：各种促癌剂本身能产生自由基经典促癌剂刺激氧自由基产生，且它促癌能力与其产生自由基能力相平促癌剂抑制抗氧化防御机制许多抗氧化剂（Ve、Vc等）能抑制促癌剂促癌作用，也能抑制自由基产生100/1606.4自由基与癌症3.自由基与抗癌作用活性氧有杀伤正常细胞能力，癌细胞内抗氧化酶普遍下降，活性氧对癌细胞杀伤力更大。一些抗肿瘤抗生素（道诺霉素、阿霉素）含有醌式结构，它们可经过半醌自由基与氧生成O2·-。（醌类抗癌药品共同机理）其它许多抗肿瘤抗生素（黑孢霉素、博莱霉素等）也都与自由基相关。101/1606.5自由基与衰老衰老自由基学说1956年由Harman提出，认为伴随年纪增大退行性改变是有自由基引发组织随机毒害结果。正常情况下，机体内自由基产生与去除处于动态平衡。当自由基产生增高或自由基去除减弱，过量自由基对巨细胞主要生物大分子化学结构产生破坏。102/1606.5自由基与衰老自由基损伤作用1.脂质过氧化和生物膜损伤

自由基对细胞膜损伤是作用于细胞膜及亚细胞器膜上多聚不饱和脂肪酸，使其发生脂质过氧化反应，首先自由基与膜上酶或/和受体共价结合，改变膜成份活性及其结构，另首先膜上巯基被氧化，造成膜运动过程紊乱，造成膜流动性下降，膜脆性增加，细胞内外离子交换障碍。103/1606.5自由基与衰老自由基损伤作用2.核酸损伤这是造成生理紊乱并加速衰老一个主要原因。其中DNA损伤占主要地位。最普通类型有:无碱基位点：核苷酸尤其嘌呤上会发生N-核糖键断裂碱基-核苷酸变更嘧啶二聚体：双链DNA单股上相邻两个相同嘧啶碱基能形成二聚体。104/1606.5自由基与衰老自由基损伤作用3.胶原蛋白改变胶原蛋白是结缔组织和细胞外间质主要成份，它溶解度伴随年纪增加而降低，老年时胶原蛋白多肽链间共价交联（由赖氨酸氧化酶引发）程度增加，各种氧自由基水平升高易促使交联，进而造成结缔组织理化性质改变并影响其机能。105/1606.5自由基与衰老防衰老1.抗氧化能力与衰老和寿命关系依据试验发觉，不一样哺乳动物血清过氧化物生成量随可期寿命增大而降低；不经温育直接测量不一样哺乳动物血清过氧化物含量，其量与可期寿命呈强负关系。由此说明，不一样物种其抗氧化能力越强则寿命越长。106/1606.5自由基与衰老防衰老2.防衰老

生物组织总抗氧化能力是一个可代偿稳态，不受个别抗氧化剂消长影响。降低代谢能减缓衰老，延长寿命。包含人类在内许多动物总是雌性寿命较长。X染色体带有葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因，该酶在生成NADPH中起关键作用。NADPH可使自由基去除剂GSH维持在还原型。107/1606.5自由基与衰老防衰老2.防衰老

限食是延长寿命最有效伎俩之一。在确保营养下，从幼年起即降低2/3左右食量，可显著延长哺乳动物寿命，使体重和代谢下降，肝、肾细胞体积变小，单位重量细胞数增多，每个细胞耗氧量降低，故而活性氧也变少，线粒体少受到活性氧攻击，生物膜过氧化反应减弱。108/1606.6自由基与其它疾病

自由基还与不少疾病相关，比如：老年性白内障、本身免疫性疾病、缺血-重灌流损伤、精神病等相关。109/1606.7自由基与植物逆境生理植物产生O2·-方式有二：①氧化酶催化反应中伴生O2·-。这类酶有硝基丙烷双氧化酶、半乳糖氧化酶、过氧化物酶类等。②还原态化合物与氧气作用生成O2·-。这类化合物有黄素、铁氧还蛋白、二元酚、喋啶等。光合作用也产生还原态物质。这是植物体内产生O2·-主要路径。110/1606.7自由基与植物逆境生理植物体防御自由基系统现有抗氧化酶系（如SOD、CAT等），又有自由基去除剂（如GSH、Vc、Ve等）。另外有些生理反应也有利于预防自由基产生，如光呼吸可经过消耗NADPH，有利于还原态铁氧还蛋白将电子传给NADP+，而不利于生成O2·-。植物处于逆境（如强光、干旱等），体内会产生过量氧自由基，如不能及时去除则对机体产生损伤。111/1606.7自由基与植物逆境生理SO2损伤作用

SO2是空气中主要污染物之一。它能侵入植物产生各种自由基损伤机体。高浓度SO2使植物发生缺绿病、坏死或过早脱叶。过氧化酶是对SO2最敏感酶之一。其活性增加是植物对SO2胁迫保护反应，因为它可使毒性较高SO32-氧化成毒性较低SO42-。112/1606.7自由基与植物逆境生理光氧化作用一个分子吸收光能后跃迁成短寿命单线激发态，寿命为10-9-10-6s，在这极短时间内或释放激发能弛豫成基态S0，或经能量系统间转换变成寿命较长三线态3S(10-3-101s).113/1606.7自由基与植物逆境生理光氧化作用

3S寿命较长，来得及在弛豫前与分子作用，可使附近分子A变成半还原态A+·，A+·极易被氧化：

3S+A→S-·+A+·A+·+O2→AO2S-·+O2→S0+O2·-

A+·+O2·-

→AO23S+O2→S-·+O2·-S-·+A→S0+A+·

光敏反应中也产生1O2，它一样能氧化基质：

3S+O2→S0+1O21O2+A→AO2114/1606.7自由基与植物逆境生理光氧化作用

概括说，生物系统或细胞在染料和氧气参加下，受特定波长光照射后产生损伤或死亡，此反应称为光敏反应。必要条件：氧、敏化剂和能被敏化剂是吸收光天然敏色素有叶绿素、海棠素、卟啉、香豆素。植物生理学中光氧化作用就是光敏作用，指是植物绿色组织在强光下，形成过量O2·-和1O2，超出了叶绿体防御系统负荷，诱发了脂质过氧化，对膜系统造成伤害。115/1606.7自由基与植物逆境生理干旱

耐旱植物在干旱时能提升SOD和CAT活性，抑制脂质过氧化，预防膜损伤；而干旱敏感植物不能控制脂质过氧化反应，使得膜损伤并造成细胞死亡。可见植物耐旱能力与抗氧化性酶活性及对脂质过氧化反应控制能力亲密相关。116/1606.7自由基与植物逆境生理综上，当植物处于逆境条件下，体内自由基产生和去除平衡遭到破坏，过量自由基可使膜脂质过氧化而损伤膜功效，表现为膜通透性增大，离子泄漏；同时也可使叶绿素、蛋白质等氧化；严重时可造成植株死亡。在轻微逆境条件下生长植物有一定适应作用，表现为一些防御性酶活性增高，自由基去除剂含量增多。所以，惯用自由基防御性酶活性高低做为对逆境耐受力指标或抗性锻炼指标。117/1606.8一氧化氮自由基NO·性质在NO分子轨道上含有一个未配对电子，所以它是自由基，故特采取NO·表示。

物性：气体，难溶于水（1mmol/L），具脂溶性

化性：活泼，与Fe2+有很高亲和力，能与Cu、Mg发生反应。与O2极易生成NO2(也是自由基)。

NO·可与O2·-生成过氧亚硝基阴离子（ONOO·）质子化后很快分解成·OH和NO2。还可相互作用生成一系列有主要生物功效自由基和硝基化合物。118/1606.8一氧化氮自由基体内NO·生成及代谢

（1）在体内NO·主要经过NO·合成酶（NOS）催化才能生成。NOS是以L-精氨酸（L-Arg）和O2为底物，NADPH做为辅助因子提供电子，由FMN、FAD或四氢喋呤传递电子，催化L-精氨酸末端胍基中一个氮原子和氧分子反应，生成中间体对羟基L-Arg，最终形成NO·和L-胍氨酸(L-Cit)。119/1606.8一氧化氮自由基体内NO·生成及代谢

（2）黄嘌呤氧化酶黄嘌呤氧化酶含有硝酸还原酶活性，能够将硝酸还原成NO·。120/1606.8一氧化氮自由基体内NO·生成及代谢

（3）硝基血管舒张剂，如硝普钠，硝基甘油都能够产生NO·。121/1606.8一氧化氮自由基体内NO·生成及代谢

结构型NOS:单体酶，催化活性需要钙调素/钙离子(CaM/Ca2+)、NADPH、FAD/FMN。还是一个高度可调整蛋白质，能被cAMP和Ca2+依赖性蛋白激酶（蛋白激酶A和C）磷酸化，结果使不一样信息传递过程紧密联络起来。主要分布在神经系统等处，在受到物理刺激或受体被激活后此酶快速被激活，合成并释放NO·去发挥信使分子作用。122/1606.8一氧化氮自由基体内NO·生成及代谢

诱导型NOS:在巨噬细胞等被激活后，在其细胞核内表示合成。它主要受细胞因子作用，如在肿瘤坏死因子作用下，要经过几个小时后才出现酶活性增强，反应迟缓。它活性不依赖CaM/Ca2+，而需要四氢喋呤等辅助因子。它一旦产生就会长久合成NO·。123/1606.8一氧化氮自由基NO·测定方法

NO·半寿期很短，难以直接检测。普通可经过测定NO·生理功效、cGMP含量、NOS活性和硝酸盐、亚硝酸盐含量等来反应组织细胞NO·含量。当前惯用方法是测定NO·终末代谢产物亚硝酸盐含量及测定NOS活性来反应组织细胞NO·含量。124/1606.8一氧化氮自由基NO·测定方法1.化学发光法

原理是生物样品经过酸化或加入还原剂可使样品中亚硝酸盐释放NO·，NO·与O3反应生成NO2同时释放光子，测定光子量，代表组织细胞NO·含量。此法敏感，不过测得NO·量并不完全代表组织细胞实际NO·含量。125/1606.8一氧化氮自由基NO·测定方法2.微盘测定法

原理是NO·氧化生成硝酸盐和亚硝酸盐，硝酸盐经过镉柱还原为亚硝酸盐，后者与Greiss试剂在微盘中反应生成粉红色化合物，应用酶标仪在550nm波长下测其吸光度，亚硝酸钠做为标准。126/1606.8一氧化氮自由基NO·测定方法3.放射强度测定法

原理是等摩尔量Arg在NOS催化下生成NO·同时会产生等摩尔量Cit。应用液体闪烁剂计数仪测定同位素标识Arg生成同位素标识Cit量来代表NOS活性。127/1606.8一氧化氮自由基NO·测定方法4.分光光度法

原理是NOS催化生成NO·可与氧合血红蛋白反应生成高铁血红蛋白而且吸光度发生改变。应用双波长分光光度计在401和421nm波长下测定吸光度差异改变代表NOS含量。此法干扰原因较多。128/1606.8一氧化氮自由基NO·生理功效

NO·在脊椎动物体内广泛分布，它是一个新型细胞信使分子，在调整心血管系统、神经系统和免疫功效方面起着主要作用。

NO·作为信使分子最大特点是，它不需要任何中介机制而快速扩散经过生物膜，将一个细胞产生信息传递到它周围细胞中去。129/1606.8一氧化氮自由基NO·生理功效1.在心血管系统中心调整作用

NO·就是EDRF(内皮舒张因子)。在心血管系统中，NO·释放作为血管内皮对环境改变普通适应机制，经过对血管平滑肌作用调整血流和血压。给人和动物施用NOS抑制剂后，血压快速升高，高血压及其它血压不正常可能与此机制相关。血小板中NO·可能是一个内源性抗血栓剂，可经过cGMP抑制血小板凝聚和粘附，形成一个自体分泌负反馈系统。130/1606.8一氧化氮自由基NO·生理功效

NO·在大脑血循环调整中似乎也起关键作用。试验表明，GC(鸟苷酸环化酶)存在于脑部微血管中，能受SNP作用调整血脑屏障通透性。脑能量代谢乃至认知活动与脑部血液循环亲密相关，NO·对脑血流循环调整意义更为重大。131/1606.8一氧化氮自由基NO·生理功效2.免疫系统中功效当内毒或T细胞激活巨噬细胞时，会和成诱导NOS。NOS催化生成大量NO·，同时巨噬细胞也大量释放O2·-。O2·

-可经过H-W反应产生·OH，·OH可杀伤入侵微生物和肿瘤细胞及在炎症损伤方面起主要作用。同时O2·-和NO·反应生成ONOO·，ONOO·碱性条件下十分稳定，酸化则马上分解成更强氧化剂·OH和NO2·。这两种自由基含有很大细胞毒性，对于杀伤外来微生物和肿瘤细胞很有意义。132/1606.8一氧化氮自由基NO·生理功效3.在神经系统信息传递和发育中作用(1)NO·可能在哺乳动物类消化、生殖、呼吸和循环四个系统自主神经调整中起主要作用，可能是其中一些神经元新递质。

NO·在感觉传入和神经内分泌中也起主要作用。(2)NO·可能在成体中兴奋性氨基酸引发短期突触可塑性效应和神经发育、学习、记忆等长久效应中都有主要作用。133/1606.8一氧化氮自由基NO·毒性作用

谷氨酸能使神经元参加脑缺血时神经毒性作用。许多试验表明，NO·介导谷氨酸神经细胞毒性作用。在正常情况下，神经元合成并释放出适量NO·并不产生毒性作用。但有过量谷氨酸时，神经元和小胶质细胞就产生过多NO·，足以致死周围神经细胞。134/1606.8一氧化氮自由基NO·毒性作用

免疫刺激产生NO·对那些表示NOS细胞本身及其附近细胞也有毒性作用，一些与免疫系统相关局部或系统组织损伤，病态血管扩张等可能与NO·释放相关。135/1606.9

自由基与人体健康1、自由基摧毁细胞膜，造成细胞膜发生变性，使得细胞不能从外部吸收营养，也排泄不出细胞体内代谢废物,并丧失了对细菌和病毒抵抗能力，从而使人体免疫力低下、疲劳和器官病变。假如造成细胞死亡或细胞内杂质无法代谢就会形成色素沉积，产生黄褐斑、蝴蝶斑、老年斑等。2、自由基攻击正在复制中基因，造成基因突变，诱发癌症发生。

136/160137/1603、自由基激活人体免疫系统，使人体表现出过敏反应，如过敏性鼻炎，过敏性哮喘、过敏性皮炎、花粉过敏、食物过敏等，红斑狼疮等自体免疫疾病4、自由基作用于人体内分泌系统，造成胶原蛋白酶和硬弹性蛋白酶释放，这些酶作用于皮肤中胶原蛋白酶和硬弹性蛋白并使这两种蛋白产生过分交联并降解，结果使皮肤失去弹性，出现皱纹及囊泡。6.9

自由基与人体健康138/160

5、与4相类似作用使体内毛细血管脆性增加，使血管轻易破裂，这可造成静脉曲张、水肿等与血管通透性升高相关疾病发生。6、自由基侵蚀脑细胞使人易患老年性痴呆症。

7、自由基侵蚀机体组织，可激发人体释放各种炎症因子，造成出各种非菌性炎症。

6.9

自由基与人体健康139/1608、自由基氧化血液中脂蛋白造成胆固醇向血管壁沉积，引发心脏病和中风，动脉粥样硬化，脑血栓，脑溢血，偏瘫，高血压等心脑血管病症。9、自由基引发关节膜及关节滑液降解，从而造成关节炎。

10、自由基侵蚀胰脏细胞引发糖尿病。

11、自由基损伤肝脏器官造成肝炎。6.9

自由基与人