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公司:四平华科生物技术有限责任公司
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电话:0434-5117397   
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联系人:王晶
网址:www.sodhk.com
通用网址:人源SOD 

 
 
 
 
 

活性氧与细胞衰老的自由基学说
发布时间:2010-7-19
生物体的活性氧是指有氧代谢中氧的某些代谢产物和一些反应的含氧产物。主要包括超氧阴离子自由基O2- (或 HO2 )及其活性衍生物,如H2O2、RO、RO2及ROOH。活性衍生物又称自由基的活性氧,是碳氢化合物和自由基官能团的结合产物,化学结构上处于相对稳定状态,但又可随时或间接触发自由基反应产生游离的超氧阴离子自由基。由于自由基是具有不成对价电子的原子和官能团,化学结构不稳定,较基态氧活泼,处于一种激发状态。具有高度反应活性,所以瞬间形成后既很快参与生物体的生理生化连锁链式反应。
 
超氧阴离子自由基也称自由基,除 O2- 外还有HO2 ,HO2 为 O2-的质子化产物,O2- + H+      HO2 ,根据此式化学计算得出,在超氧阴离子自由基水溶液中,PH6.5时,[O2-]/[ HO2]浓度比为100/1。因此,在生理情况下,O2- 的浓度远大于HO2 ,这表明,在生物体内,超氧化物自由基存在的主要形式是O2- 。O2-既可作为还原剂供给电子,又可作为氧化剂接受电子,HO2 也有同样性质。当两个O2-或HO2 在一起相遇时,一个O2- 或HO2 可被氧化,而另一个O2-或HO2则可被还原,换言之,即可自发地发生歧化反应,其产物为O2与H2O2
 
1968年McCord和Fridovich发现生命组织中广泛存在着能清除超氧阴离子自由基( O2- )的超氧化物歧化酶(SOD)以后,生物体内存在的内源性自由基才得到大量的实验证据,SOD的独特功能也开启了生命科学的新纪元。
 
      人体内自由基的产生有两方面:一是环境中的高温、辐射、光解、化学物质等引起的外源性自由基;二是体内各种代谢反应产生的内源性自由基。内源性自由基是人体自由基的主要来源,其产生的主要途径是新陈代谢过程中来自线粒体、微粒体、浆膜和胞浆等的酶系统和非酶系统反应。各种氧化酶参与的酶促反应催化底物能生成自由基。此外,机体血红蛋白、肌红蛋白中还可通过非酶促反应产生自由基。
 
(一)自由基对细胞损伤途径
 
1、脂质过氧化损伤
 
所有细胞生物膜几乎完全是由蛋白质和脂类(主要是磷脂)两大类物质组成,脂类在膜的结构和功能上起着十分重要的作用。生物膜对各类物质通透性不一样,脂溶性物质可以通过生物膜的类脂部分扩散入细胞,极性分子或离子可以通过细胞膜的蛋白质部分的作用扩散入细胞,所以生物膜在细胞的吸收外界物质和分泌代谢产物的过程中起重要作用。超氧阴离子自由基能攻击生物膜磷酸脂中的不饱合脂肪酸引发自由基链式反应,造成生物膜脂质过氧化,形成脂质过氧化物,影响细胞代谢和功能,造成细胞死亡。脂质过氧化的反应原理是体内的自由基。在有氧条件下通过谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)等的作用,使RH→ROOH→ROH。
 
2、损伤DNA分子
 
自由基可与DNA分子中的嘌呤碱基、嘧啶碱基和脱氧核糖作用,造成DNA分子单链或双链断裂、碱基缺失和DNA交链,从而形成DNA片段化。
 
3、使蛋白质和酶分子失活
 
自由基可与蛋白质分子相互作用,使蛋白质分子中电子迁移、巯基破坏。蛋白质交链,使蛋白质结构和功能损伤,生物酶分子失活。
 
(二)氧自由基是细胞凋亡发生的重要介质。
 
大量证据显示氧自由基参与了介导细胞凋亡的过程。它是细胞凋亡发生的重要介质。
 
1、氧自由基升高或耗竭内源性抗氧化剂可导致细胞调亡。
 
能产生氧自由基的许多化学和物理因素均可导致细胞凋亡。若采取化学物质抑制细胞内抗氧化功能(如耗竭细胞内重要的氧化还原缓冲物谷胱甘肽)或促进氧自由基形成(如某些金属离子和苯醌)都能诱导细胞凋亡。
 
2、内源性或外源性抗氧化剂可抑制细胞凋亡
 
补充内源性抗氧化剂SOD和外源性抗氧化剂的神经细胞凋亡实验证明清除自由基可抑制细胞凋亡。
 
3、细胞凋亡与细胞内氧自由基水平增加有关
 
人在年轻时候,自由基的产生与祛除基本平衡,随着年龄的增长,抗氧化剂生成减慢,清除自由基功能减弱,氧化和抗氧化平衡被打破,细胞伤害和凋亡加速,而且随着自由基的堆积增加细胞凋亡速度越来越快。
 
4、正常细胞内每天产生1011个活性氧分子,活性氧主要来源有:
 
①细胞进行正常有氧代谢是线粒体呼吸链产生的副产物如O2- 、H2O2和·OH;②巨噬细胞吞噬细菌和病毒感染细胞呼吸暴发的产物,如NO、O2- 、H2O2和CL-;③脂肪和其他大分子降解副产物,如H2O2;④细胞色素P450系统在发挥其对食物解毒作用时产生活性氧。
 
自由基的产生和清除平衡的破坏,造成活性氧的堆积,活性氧是细胞凋亡的信使因子和效应因子,细胞凋亡会使细胞核、细胞质和细胞器都发生变化,特别是线粒体发生一系列与细胞凋亡密切相关的变化。线粒体膜上的大型分子通道PT孔开放,使线粒体膜的通透性增大到可通过分子量小于1500Dα的大分子,线粒体膜两侧的离子自由分布,线粒体膜电位降低和生物合成功能遭到破坏,细胞的能量代谢受损,氧化呼吸链解偶联,线粒体内Ca2+释放,细胞内活性氧增多,谷胱甘肽减少,这些系列凋亡诱导因子能激活核酸内切酶、蛋白酶、使细胞内Ca2+分布改变。
 
(三)自由基是人体衰老和疾病的根源
 
铁器为什么会灭失?人们都知道铁器生锈的现象,这就是金属被氧化。人体也同样在新陈代谢中发生氧化。但人体氧化过程中产生的不是金属锈,而是自由基。人体在生长发育过程中始终存在着两种力量的对抗,即氧化剂、自由基与抗氧化剂、自由基祛除剂的对抗。随着人体发育完全成熟后(女23岁、男25岁)这种对抗的平衡被逐渐打破,而随着年龄的增长,抗氧化剂、自由基祛除剂的力量逐渐减弱,自由基氧化的力量开始增强,人体健康细胞被侵蚀损伤,加速死亡。女性28岁左右,男性30岁左右,开始出现衰老迹象,体态开始发胖,眼角出现鱼尾纹,体质欠佳者,提早出现色斑、气短、力不从心等微妙变化。
 
有专家研究证实:影响人体健康长寿的因素中,有15%来自遗传等因素,85%来自于自由基的侵蚀和伤害。自由基的增多和过剩,使人的体质下降、免疫功能变弱,开始表现为“亚健康状态”,进而各种疾病随之而来。有专家研究证明:目前已清楚的有100多种疾病是直接由自由基引发的,有6000多种疾病与自由基有关。
 
自由基破坏细胞,使细胞失去生理功能;自由基侵蚀免疫系统,使免疫力下降或丧失;自由基使免疫细胞识别能力下降并释放过敏性物质,引发过敏,使人易感冒、易患流感引发的疾病;自由基破坏胰腺细胞使胰岛素分泌功能减弱,如糖尿病的发生;自由基的堆积使血管通透性改变,血液中液体渗出,人体部位出现水肿,静脉曲张等静脉病变;自由基使表皮细胞受损或凋亡,脂褐素沉积、皮肤干裂、皱纹、褐斑出现;自由基沉淀于血管及心脏部位,使全身动脉血管硬化,心脏功能受损,引发冠心病、心绞痛、心肌梗塞等心血管疾病;自由基破坏胃肠细胞及黏膜,释放组胺类物质,引发胃炎、肠炎、便秘、溃疡等胃肠疾病;自由基侵蚀大脑细胞及神经细胞、使神经细胞丧失功能,引发老年痴呆症;自由基使细胞膜破裂,细胞液渗透到细胞间隙之中,引发关节炎、风湿、顽固性类风湿病;自由基能使DNA、RNA发生突变,产生肿瘤或癌症;自由基在眼部系统堆积,可使晶状体浑浊,血管内的各种杂质沉淀在视网膜上,产生视网膜病变,如青光眼、老花眼、眼角炎等眼部疾病。
 
通过以上论述,可以得出这样结论:
1.自由基是人体衰老的根源;
2.自由基是疾病产生的元凶;
3.自由基是人体的“腐蚀剂”;
4.自由基是人体产生老年斑的罪魁;
5.自由基是影响和障碍长寿的祸首。
 
综上,自由基能激化细胞衰亡程序,自由基本身既可诱导细胞凋亡,又能促使细胞内活性氧的生成。自由基可通过诱导细胞脂质过氧化,损伤DNA分子、生物膜、重要的结构蛋白和功能蛋白,误导相关基因的表达,从而引起细胞凋亡和器官病变。特别是在电离辐射、衰老、炎症、缺血再灌注损伤、机体免疫和代谢紊乱等过程中,机体会产生过量自由基。当机体抗氧化防御系统遭到破坏,会导至细胞凋亡的发生,造成细胞结构和功能受损,从而引发疾病和加速衰老。
 
 
 
 
 
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