4自由基与衰老.ppt

自由基与衰老第一节 自由基的基本概念第二节 自由基的生化基础 第三节 生物体内自由基的作用第四节 自由基与衰老的关系第五节 自由基的检测及其方法学评价1自由基衰老学说• 由Denham Harman于 1956 年提出的• 此学说认为：当机体衰老时，自由基的产生增多 ；清除自由基的物质减少，清除能力减弱过多的自由基在体内蓄积，对机体的损伤程度超过修复代偿能力时，组织器官的机能就会逐步发生紊乱，导致衰老2一、一、 自由基自由基(radical(radical，，free radical)free radical)二、二、 自由基的种类自由基的种类⒈ 原子自由基⒉ 基团自由基⒊ 离子自由基三、三、 自由基的性质自由基的性质⒈ 电子不饱和性⒉ 具有较高的能量四、四、 自由基的稳定性自由基的稳定性第一节 自由基的基本概念3一、 自由基(radical,free radical)v 一个共价键化合物A-B，当它受到热、辐射及超声波等能量的作用时，共价键可能要断裂，断裂方式有两种 v ⒈ 共价键异裂 形成阳离子和阴离子⒉ 共价键均裂形成两个自由基v 共价键均裂，使均裂的两部分各带一个未成对独电子共价键均裂，使均裂的两部分各带一个未成对独电子( (自自由电子由电子) )，这些带有未成对独电子的部分称为自由基。

这些带有未成对独电子的部分称为自由基4§二、 自由基的种类已经被证实的自由基有三类 §⒈ 原子自由基§ 自由基是一个原子如：§ ⒉ 基团自由基 § 自由基是一个基团苯甲酰氧自由基) 为一个基团自由基苯基自由基)也为一个基团自由基5为离子自由基(硫代硫酸根离子自由基)异丁腈基自由基)为一个基团自由基自由基是一个离子如过硫酸钾分解：⒊ 离子自由基为离子自由基(硫酸根离子自由基)6三、自由基的性质三、自由基的性质自由基具有自由基具有电子不饱和性和电子不饱和性和较高的能量较高的能量⒈⒈ 电子不饱和性电子不饱和性甲烷(CH4)是一个稳定的化合物109°28′7但当甲烷分子中一个H原子被分离出来后，形成的甲 基自由基CH3 则为一个不稳定的结构·甲基自由基 结构示意图甲基自由基 电子结构示意图120°8⒉⒉ 自由基具有较高的能量自由基具有较高的能量共价键均裂时必须吸收一定的能量，吸收的能量变为自由共价键均裂时必须吸收一定的能量，吸收的能量变为自由 基的内能，因此自由基具有较高的能量基的内能，因此自由基具有较高的能量. .• •四、自由基的稳定性四、自由基的稳定性由于自由基具有电子不饱和性和较高的能量，一般来讲自由于自由基具有电子不饱和性和较高的能量，一般来讲自 由基是不稳定的，具有极强的化学活泼性。

由基是不稳定的，具有极强的化学活泼性 它可以发生多种反应，如引发反应、增长反应、结合反应它可以发生多种反应，如引发反应、增长反应、结合反应 、转移反应和降解反应等转移反应和降解反应等 不同的自由基稳定性也是不同的，其稳定性与结构有关不同的自由基稳定性也是不同的，其稳定性与结构有关 电子的不饱和性电子的不饱和性: : P P电子与另一个与它平行的电子与另一个与它平行的p p电子重叠电子重叠( (电电 子云交盖子云交盖), ),亦即有配对的倾向亦即有配对的倾向9第二节 自由基的生化基础一、体内自由基的种类二、自由基的产生三、自由基的清除机制10一、自由基的种类自由基（free radical）氧自由基（oxygen free radical，OFR）含有不配对电子的氧, 占机体内自由基的95% 以上在自由基前面或后面（也可在右上角）用一 个圆点“·”表示能独立存在，含有未配对电子的原子、原 子团、分子或离子未配对电子表示方法11自由基分类----按化学结构• 半醌类自由基，如黄素类半醌自由基 • 氧自由基：•其他碳、氮、硫中心自由基 •羟自由基(·OH) •烷氧自由基(RO·) •烷过氧自由基(ROO·) •氢过氧自由基(HOO·)氧自由基与H2O2、脂质过氧化物(LOOH)及单线态氧 (1O2)统称为活性氧(reactive oxygen species, ROS) •超氧阴离子自由基(O2 )·•活性氮自由基（NO和NO2－ ）12二、自由基的产生（一）外源性自由基（二）内源性自由基13（一）外源性自由基辐射、农药、食物添加剂、酒精、吸烟等外辐射、农药、食物添加剂、酒精、吸烟等外 来因素引发的自由基称为来因素引发的自由基称为“ “外源性氧自由基外源性氧自由基” ” 。

1．电离辐射及大气污染 2．药物 3．其他 如重金属离子及杀虫剂；茶叶和 植物油在空气中放置过久，自由基含量增加 14（二）内源性自由基1．O2 的产生 ·2．·OH的产生 3．吞噬细胞中活性氧的产生 4．脂质过氧化作用 在新陈代谢过程中，从大气中吸进的氧气，在肺部，在新陈代谢过程中，从大气中吸进的氧气，在肺部， 与食物消化后进入血液里的葡萄糖进行化学反应，产与食物消化后进入血液里的葡萄糖进行化学反应，产 生维持生命活动的能量．在正常生化过程中，常有生维持生命活动的能量．在正常生化过程中，常有1 1％％ 左右的氧误入歧途，变成化学性质极其强烈的氧自由左右的氧误入歧途，变成化学性质极其强烈的氧自由 基，即人体内生化反应产生的基，即人体内生化反应产生的“ “内源性氧自由基内源性氧自由基” ”151. O2 的产生• 胞液中的黄嘌呤氧化酶与醛氧化酶• 线粒体中的黄素蛋白酶• 内质网中的NADPH-细胞色素P450还原酶• 质膜上的NADPH氧化酶 等·黄嘌呤氧化酶黄嘌呤＋2O2＋H2O ─────→ 尿酸＋2O2 ＋2H+·SQ· +O2 ────→ Q +O2·通过线粒体的辅酶Q·半醌、内质网膜上细胞色素P450和Hb、肌红 蛋白、肾上腺素等自氧化作用均可产生 O2·——酶促氧化过程中均可产生O2·162．·OH的产生O2 + O2 + 2H+ ──────→H2O2+O2 (歧化反应)··过渡金属离子O2＋H2O2 ─────→O2＋·OH＋OH－(Fenton反应)··#主要通过Fenton反应由O2 直接衍生形成#过氧化物酶体中多种需氧脱氢酶催化生成的H2O2 ，如不迅速被分解，在Fe2+的催化下也可生成·OH。

H2O2＋Fe2++H+ ──→·OH＋H2O＋Fe3+173．吞噬细胞中活性氧的产生 H2O2除可生成·OH外，在Cl－存在时，经髓过 氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)的作用，生成活 性很强的次氯酸(HOCl)和1O21O2是一个强的亲电子性的氧化剂MPOH2O2＋Cl－ ─────→ H2O＋OCl－OCl－＋H2O2 ─────→ H2O＋1O2＋Cl－MPO184．脂质过氧化作用 （lipid peroxidation ）在过氧化条件下， LOOH是不稳定的，能分解成一系列复杂产物定义：机体产生的活性氧，攻击生物膜磷脂中的多聚不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)引发自由基链式反应，产生脂质过氧化物，这种作用就称～19• 组成型NOS(constitutive NOS, cNOS)其活性不依赖于Ca2+和钙调蛋白, 但受细胞因子和 特殊的信号分子刺激和诱导，在生理条件下不表达 ，细胞受刺激时才高表达主要存在于巨噬细胞、中性粒细胞、成纤维细胞、 血管内皮细胞等• 神经元型 • 内皮细胞型NOS分型• 诱导型NOS（inducible NOS, iNOS）其活性依赖于Ca2+和钙调蛋白，可间歇性不断表达NO+L-瓜氨酸NOSL-精氨酸+O2·5.NO合酶（NO synthase, NOS）20三、自由基的清除机制 两类对自由基的清除系统 （一） 抗氧化酶类（二） 抗氧化剂 211. 超氧化物歧化酶（SOD）2. 过氧化氢酶（CAT）3. 硒谷胱甘肽过氧化物酶（SeGSHPx）4. 谷胱甘肽硫转移酶（GST）5. 其他 如醛酮还原酶 （一） 抗氧化酶类22SOD是金属酶，包括三种同工酶•CuZn-SOD：在真核细胞胞液中，以Cu2+-Zn2+为辅基•Mn-SOD：在原核和真核细胞的线粒体中，以Mn2+为辅基•Fe-SOD： 在原核细胞中，以Fe3+为辅基SOD2O2 + 2H+ ────→H2O2+O2（歧化反应 ）·1.超氧化物歧化酶 （superoxide dismutase, SOD）23CAT2H2O2────→H2O+O2可清除O2的歧化产物H2O2 ·2. 过氧化氢酶（catalase, CAT）24磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶(PHGSHPx)：单体酶，能清除生物膜上的磷脂氢过氧化物，防止生物膜的脂质过氧化。

LOOH＋2GSH───→ LOH+H2O＋GSSGSeGSHPx可清除LOOH或H2O2，抑制自由基的生成3. 硒谷胱甘肽过氧化物酶(selenium dependent glutathione peroxidase, SeGSHPx)SeGSHPx是由4个同一亚基构成的寡聚酶H2O2＋2GSH───→ H2O+H2O＋GSSGSeGSHPx254．谷胱甘肽硫转移酶 (glutathione S-transferase, GST)属不含硒的谷胱甘肽过氧化物酶，它只清除 LOOH，而不能清除H2O2LOOH＋2GSH ───→ LOH＋H2O＋GSSGGST265．与抗氧化作用相关的其他酶• 醛酮还原酶，可催化脂肪醛和脂肪醛- 谷胱甘肽加成物的还原，以清除脂质过 氧化作用的毒性产物27（二）抗氧化剂• 脂溶性抗氧化剂 • 水溶性小分子抗氧化剂 • 蛋白性抗氧化剂 • 近年来发现的抗氧化剂 • 中草药抗氧化剂 28(1) 维生素E：清除O2、·OH、LOO·及1O2，防止脂质过氧化·(2) β-胡萝卜素：清除1O2、LOO·、O2 及·OH，防止脂质过氧化·(3) 辅酶Q：既参与自由基的生成也具有抗氧化作用，CoQH2较氧化型的抗氧化作用强皮质激素能防止内毒素脂多糖激活NADPH氧化酶， 避免由此产生O2，以减轻脂质过氧化。

··(4) 固醇类激素：雌激素可能与结构中的酚基相关但大剂量可生成O2，诱导肿瘤发生1. 脂溶性抗氧化剂29VC还可与VE·反应，使其恢复为还原型维生素E， 而本身变成VC·，后者可由依赖于NADH的氧化还原 酶系统还原成VCVC与VE两者有协同作用因此VC的总效果与其浓度有关VC的不利作用：将Fe3+还原成Fe2+，H2O2存在时，可 通过Fenton反应形成·OH；但它又可清除·OH1)维生素C（又称抗坏血酸） ：能直接与·OH、O2 和 1O 2作用，是机体重要的活性氧清除剂·2. 水溶性小分子抗氧化剂30H2O2＋2GSH ──→ GSSG＋2H2OLOOH＋GSH ──→ GSSG＋LOH＋H2O·OH＋GSH ──→ H2O＋GS·2GS· ──→ GSSG(4) 色氨酸代谢产物：3-羟犬尿酸，黄尿酸和3-羟邻氨 基苯甲酸等均含有酚羟基，可抑制脂质过氧化作用 (2) 谷胱甘肽(GSH)：为H2O2、LOOH、·OH和1O2重要清除剂 (3) 尿酸：目前认为它是一种很好的抗氧化剂，可 有效地清除1O2和·OH，抑制脂质过氧化。