1、第九章,活性氧和氮物種的合成與代謝,第九章,活性氧和氮物種的合成與代謝,朱小楨,前言,證據(jù)表明,急性體力活動可通過多種機制誘導增強氮物種的產(chǎn)生； 為應對劇烈的體力活動而形成活性氧和氮物種（RONS），會導致氧化應激； RONS作為信號分子，調(diào)節(jié)一系列生理功能； RONS種通過氧化還原敏感性轉錄因子調(diào)節(jié)基因表達； 訓練似乎能改變RONS的生成，從而在慢性疾病的治療和預防過程中發(fā)揮有益作用,第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,1、有關活性氧和氮物種的基本知識 （生成特性、作用機制、生理功能、構成抗氧化系統(tǒng)）,2、急性和慢性運動在形成、作用、調(diào)節(jié)活 性氧和氮物種特性上的具體影響,第九章 活性氧和氮物

2、種的合成與代謝,主要內(nèi)容：,1. 生物體內(nèi)的活性氧和氮物種,第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,自由基：是在其軌道中存在具有非常明顯的化學 活性的一個或多個不成對電子 的原子或分子,通常，用一個點“ . ”來象征自由基物質,如氫自由基H 氯自由基Cl 羥基自由基(OH),活性氧: 是指那些含氧的具有比較強的氧化和還原性質的自由基和非自由基氧的衍生物 （如：超氧陰離子.O2-、過氧化氫H2O2、羥自由基OH）,活性氮：NO代謝產(chǎn)生一系列復合物的總稱 （如：一氧化氮.NO、二氧化氮.NO、 過氧化亞硝酸鹽.ONOO-）,第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,活性最強的含氧物質是羥自由基（OH - ）

3、,基礎條件下， 身體產(chǎn)生的總的.O2-的量接近2公斤/年 一氧化氮（.NO）生成量達9公斤/年,2. 活性氧和氮物種產(chǎn)生的機制 (Mechanisms of RONS generation),第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,2.1. 氧為中心的活性物種及其衍生物 （oxygen-centered reactive species and their derivates）,第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,NADPH氧化酶：是血管內(nèi)生成活性氧簇（ROS） 的主要酶體；存在于吞噬細胞和多種 其它細胞（如血管平滑肌細胞、內(nèi)皮細 胞、心臟和骨骼肌細胞）中；,由非吞噬細胞的NADPH氧化酶所形成的

4、活性氧程度較低 但在氧化還原敏感性信號傳導途徑的調(diào)節(jié)中起著重要的作用,第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,內(nèi)皮細胞的 NADPH氧化酶,血管平滑肌細胞 的NADPH氧化酶,血小板源性生長因子凝血酶 腫瘤壞死因子-,機械力,超氧自由基（.O2-）通過線粒體電子傳遞鏈氧化還原反應連續(xù)地產(chǎn)生。,O2+4e 2H2O 如此利用的氧約占組織耗氧總量的90%98% O2+e .O2- 發(fā)生在所有含線粒體的細胞中 .O2- .OH,黃嘌呤氧化酶催化的反應：,次黃嘌呤 + H2O + O2 黃嘌呤 + H2O2,黃嘌呤 + H2O + 2O2 尿酸+ 2.O2- + 2H+,這種活性氧的生成過程已經(jīng)在代謝性應

5、激下被研究， 在細胞缺氧復氧損傷中起著特殊的作用.,芬頓反應：,Fe3+ + H2O2 Fe2+ + OH + .OH-(羥自由基),銅也有與H2O2形成反應生成.OH-的潛力,前列腺素的生物合成伴隨著活性氧的產(chǎn)生; 通過脂氧合酶轉換花生四烯酸為白三烯， 已被確定為是活性氧的一個來源;,2.2. 氮為中心的活性物種及其衍生物 （nitrogen-centered reactive species and their derivates）,第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,L-精氨酸 + NOS + O2 NO + L-瓜氨酸,分布于神經(jīng)元細胞,血管內(nèi)皮細胞,免疫細胞,血管通過內(nèi)皮型NOS形成

6、一氧化氮，是直接通過增加血液流動和剪切力來促進的；,由于損傷或肌肉機械活動，神經(jīng)型NOS蛋白表達增加，而神經(jīng)損傷后它的表達會降低;,神經(jīng)型NOS 內(nèi)皮型NOS,相比之下，誘導型NOS的活性不依賴于細胞內(nèi)鈣離子， 主要由信號轉導通路轉錄水平進行調(diào)控; 一旦表達，誘導型NOS生成一氧化氮的含量很高，這一過程可以持續(xù)幾個小時甚至幾天;,產(chǎn)生低水平的一氧化氮活化,2.3. 免疫活性細胞 （immunocompetent cells）,第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,在刺激過程中，中性粒細胞和巨噬細胞可通過激活吞噬細胞的NADPH氧化酶產(chǎn)生大量的超氧化物及其活性衍生物; 此外，NADPH氧化酶也存在

7、于嗜酸性粒細胞中，可以誘導活性氧的形成;,第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,超氧化物歧化:,呼吸爆發(fā)：再灌注組織重新獲得氧供應的短時間內(nèi) 激活的中性粒細胞耗氧量顯著增加，產(chǎn)生大量氧自由基，又稱為氧爆發(fā)。,多種免疫活性細胞在炎性刺激下（如細胞因子和內(nèi)毒素刺激），可引起誘導型一氧化氮合酶表達；,缺氧、高溫和低濃度.NO本身，是非炎癥性誘導型一氧化氮合酶的誘導劑；,相反，皮質醇和更高濃度的.NO將發(fā)揮抑制作用；,在某些條件下，一些非免疫細胞（如肝細胞、上皮細胞、心臟和骨骼肌細胞），也能夠引起誘導型一氧化氮合酶表達；,3. 活性氧和活性氮的作用機制 （RONS-mechanisms of actio

8、n）,第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,活性氧和氮物種的特性，產(chǎn)生一種強大的破壞作用， 它是對脂質、蛋白質、核酸、以及細胞外基質產(chǎn)生 破壞性影響的基礎;,另一方面，活性氧和氮的物種如在嚴格控制的條件下中等水平（適度）的生成，在各種信號傳導過程中承擔起調(diào)節(jié)介質的作用,實現(xiàn)重要的生理功能;,3.1. 生物系統(tǒng)中的氧化應激 (oxidative stress in the biological system),第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,如果活性氧的產(chǎn)生過多或快速，系統(tǒng)可能無法充分反應。細胞的氧化還原狀態(tài)轉向促氧化狀態(tài)，增強脂質、蛋白質和核酸的氧化修飾。,氧化修飾：是細胞內(nèi)的活性氧誘導生物

9、大分子 發(fā)生氧化反應引起的結構及構象改變。,氧化應激： 是指機體在遭受各種有害刺激時,體內(nèi)高活性分子如活性氧和活性氮產(chǎn)生過多,氧化程度超出氧化物的清除,氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡,從而導致組織損傷。,3.1.1. 脂質過氧化 (lipids peroxidation),第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,脂質過氧化過程中的脂質過氧化物的積累， 對細胞膜會產(chǎn)生破壞影響,干擾細胞的完整性;,3.1.2. 蛋白質氧化 (protein oxidation),第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,活性氧的作用包括在氨基酸殘基（如精氨酸、甲硫氨酸、 半胱氨酸、色氨酸、賴氨酸）中的各種氧化修飾;,氧化蛋白質損

10、傷研究中最常用的標記是活性羰基衍生物（RCD）,修飾的蛋白質會影響其生理功能和加速蛋白水解降解;,氧化蛋白的積累已是公認的逐漸發(fā)生在老化的過程中，并且與一系列疾病的嚴重程度相關,3.1.3. DNA氧化損傷 (oxidative DNA damage),第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,DNA已被認為是氧化損傷最顯著的生物標記,每個人體細胞平均每天至少發(fā)生幾百個DNA氧化損傷,核DNA（nDNA）氧化損傷被認為是在癌癥發(fā)展中 的一個潛在的病理生理學因素,細胞通過復雜的DNA修復酶系統(tǒng)，能快速修復DNA的損傷。,3.2. 活性氮物種的作用機制 (RNS-mechanisms of actions),第九章 活性氧和氮物種的合成與代謝,ONOO- 的加入會導致脂質、蛋白質和DNA的氧化與硝化，導致細胞死亡,活性氧和一氧化氮的作用