四、自由基对细胞的损害
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12
DNA损伤的后果
细胞癌变
诱发突变
DNA损伤
DNA复制错误 转录活性
蛋白质合成受阻
某些特殊基因失活
细胞功能异常 衰老疾病 衰老 肿瘤
13
如：类风湿性关节炎和系统性红斑狼疮
患者淋巴细胞中8-OH-dG水平升高，修复 能力下降。系统性红斑狼疮患者的血浆中沉淀 免疫复合物中8-OH-dG的含量比类风湿性关节 炎患者高100倍。认为这种损伤的DNA可能是 系统性红斑狼疮特征性DNA抗体的来源。
自由基(HO·)
GTP（+鸟）苷酸（环+）化酶（-）cGMP + PPi
HO·（H2O2） NO O2-·
8
自由基对酶活性影响的途径 ①通过自由基链式反应使酶分子发生聚合
E1· E2 E1-E2·E3 E1-E2-E3·····
②通过丙二醛使酶分子发生交联
③通过破坏酶分子中的氨基酸影响酶活性
④通过与酶分子中的金属离子反应影响酶活
14
⑵自由基对染色体的破坏
a、染色体断裂
染色体 电离辐射 染色体断裂 加入SOD染色体断裂被抑制 b、姐妹染色单体交换
15
二、细胞对自由基的利用
1.自由基与细胞代谢 ⑴自由基在酶促反应中的作用 ⑵自由基与重要物质的合成有关 如：ATP、cGMP、前列腺素、凝血酶原、胶原蛋白
16
2.自由基与细胞的防御作用 ⑴自由基在杀灭病原微生物方面的作用
②链的断裂 ⑶核苷酸错配 ⑷DNA间交联或DNA-蛋白质间交联
11
每天每个细胞代谢1012个分子氧，其中1010个变成 ROS，产生270个TG，70个dTG，620个羟基甲基化 尿嘧啶，共计960个损伤产物。考虑未测产物，推测 每天每个细胞可产生远大于1000个分子的损伤产物。 如果把一般性损伤加在一起，估计每天每个细胞产生 72000次损伤。每天每基因组产生2×104次损伤， 2×105个核苷酸错位。每天每个细胞有140-200个鸟 嘌呤受损。人尿中含有8-OH-dG为35nmol/L。可见 即使机体具有多种防御和修复机制，还是不能完全防 止DNA损伤，这些损伤产物日积月累，不可避免地产 生疾病和衰老。
藤黄八叠菌
+ 吞噬细胞
野生型：含胡萝卜素 变异型：不含胡萝卜素
不易杀死 易杀死
大肠杆菌+中性粒细胞一起培养，细菌数越来越少
如在培养液中加入SOD、CAT、甘露醇、苯甲酸
细菌数减少被抑制
17
⑵自由基对癌细胞的杀伤作用 体外：吞噬细胞+肿瘤细胞 培养 杀伤肿瘤细胞
体内：吞噬细胞可杀伤肿瘤细胞
机理：肿瘤细胞+抗体
复合物
吞噬细胞
与抗体Fc段结合
（Leabharlann Baidu）
细胞膜NADPH氧化酶
H2O2、HO·、1O2
O2-·
18
⑶自由基在细胞解毒方面的作用
底物（SH）+NADPH+H+
混合功能氧化酶 Cyt-P450
氧化产物（SOH）+NADP+H2O
此反应中有超氧自由基参与
19
4.自由基在细胞信号传递中的作用 第一信使（激素、神经递质、生长因子）
受体 蛋白激酶/磷酸酶
G蛋白 第二信使
酶 （cAMP、cGMP
IP3、DAG、Ca2+）
细胞效应
蛋白质磷酸化/ 去磷酸化
核内第三信使
转录因子
基因表达
20
⑴钙信号通路 ROS 内质网
Ca2+释放
Ca2+与 钙结合蛋白的结合能力
⑵cGMP的生成
H2O2 + O2-· - GC cGMP NO +
21
⑶蛋白激酶
25
5
活性氧
自由基
白内障
脂质过氧化反应
脂褐素 细胞衰老
肺泡膜
生物膜损害
溶酶体膜损伤 肝细胞膜损伤
肺气肿 红细胞 溶血
动脉壁损伤 动脉硬化
血管壁粗糙
脂质过氧化与一些疾病的关系
炎症 肝病 血小板聚集 血栓
6
⑵自由基对酶活性的影响
大部分
失活
自由基
酶
小部分 激活
如：卵磷脂
磷脂酶A2
（+）
不饱和脂肪酸 + 溶血卵磷脂
H2O2 + 酪氨酸蛋白激酶 ROS + 蛋白激酶
+ 丝裂原激活蛋白激酶
22
5.自由基对基因表达的调控作用
ROS
转录因子
NF-КB AP-1 AP-2
调控基因表达
23
细胞外刺激
NADPH氧化酶
线粒体
ROS
细胞信号通路
转录因子
细胞增殖
DNA
基因表达
细胞分化
细胞凋亡
24
习题： 1.简述脂质过氧化反应的过程。 2.试述自由基对脂类和生物膜的损伤机制。 3.简述自由基对DNA损伤后果。 4.简述细胞对自由基的利用
结果： a、流动性减小 b、通透性增加
LO·+HO·
3
②脂质过氧化中产生多种活泼自由基攻击 细胞中酶和其他成分使之丧失功能
蛋白质 + HO·（LOO·） 蛋白质自由基 + H2O（LOOH）
+
蛋白质自由基
蛋白质聚合物
失去活性
4
③脂质过氧化产物中的醛类对细胞具有 毒性作用
丙二醛可以和含氨基的化合物（蛋白质、核酸、 脑磷脂）发生交联反应，使其失去作用
性
9
3.自由基对核酸和染色体的破坏
⑴自由基对核酸的破坏 噬菌体-DNA + 黄嘌呤 +黄嘌呤氧化酶
DNA不断裂 DNA断裂
如：①在反应体系中加入SOD，DNA断裂被终止 ②在反应体系中加入CAT，DNA断裂被终止 ③在反应体系中加入苯甲酸，DNA断裂被终止
说明在此反应中，参与的自由基有： 10
机制：①碱基损伤和修饰 如HO·对胸腺嘧啶作用
第四章
自由基对细胞的损害 和细胞对自由基的利用
1
一、自由基对细胞的损害
1.自由基对脂类和生物膜的破坏 ⑴易损原因
①膜中脂类的多不饱和脂肪酸具有易与自由 基作用的结构
②氧易溶于非极性溶剂
2
⑵损害机制
①脂质过氧化可使膜脂类被破坏，影响生
物膜的功能
LH
不饱和脂肪酸 HO· L· O2 LOO·
L·
LOOH
DNA损伤的后果
细胞癌变
诱发突变
DNA损伤
DNA复制错误 转录活性
蛋白质合成受阻
某些特殊基因失活
细胞功能异常 衰老疾病 衰老 肿瘤
13
如：类风湿性关节炎和系统性红斑狼疮
患者淋巴细胞中8-OH-dG水平升高，修复 能力下降。系统性红斑狼疮患者的血浆中沉淀 免疫复合物中8-OH-dG的含量比类风湿性关节 炎患者高100倍。认为这种损伤的DNA可能是 系统性红斑狼疮特征性DNA抗体的来源。
自由基(HO·)
GTP（+鸟）苷酸（环+）化酶（-）cGMP + PPi
HO·（H2O2） NO O2-·
8
自由基对酶活性影响的途径 ①通过自由基链式反应使酶分子发生聚合
E1· E2 E1-E2·E3 E1-E2-E3·····
②通过丙二醛使酶分子发生交联
③通过破坏酶分子中的氨基酸影响酶活性
④通过与酶分子中的金属离子反应影响酶活
14
⑵自由基对染色体的破坏
a、染色体断裂
染色体 电离辐射 染色体断裂 加入SOD染色体断裂被抑制 b、姐妹染色单体交换
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二、细胞对自由基的利用
1.自由基与细胞代谢 ⑴自由基在酶促反应中的作用 ⑵自由基与重要物质的合成有关 如：ATP、cGMP、前列腺素、凝血酶原、胶原蛋白
16
2.自由基与细胞的防御作用 ⑴自由基在杀灭病原微生物方面的作用
②链的断裂 ⑶核苷酸错配 ⑷DNA间交联或DNA-蛋白质间交联
11
每天每个细胞代谢1012个分子氧，其中1010个变成 ROS，产生270个TG，70个dTG，620个羟基甲基化 尿嘧啶，共计960个损伤产物。考虑未测产物，推测 每天每个细胞可产生远大于1000个分子的损伤产物。 如果把一般性损伤加在一起，估计每天每个细胞产生 72000次损伤。每天每基因组产生2×104次损伤， 2×105个核苷酸错位。每天每个细胞有140-200个鸟 嘌呤受损。人尿中含有8-OH-dG为35nmol/L。可见 即使机体具有多种防御和修复机制，还是不能完全防 止DNA损伤，这些损伤产物日积月累，不可避免地产 生疾病和衰老。
藤黄八叠菌
+ 吞噬细胞
野生型：含胡萝卜素 变异型：不含胡萝卜素
不易杀死 易杀死
大肠杆菌+中性粒细胞一起培养，细菌数越来越少
如在培养液中加入SOD、CAT、甘露醇、苯甲酸
细菌数减少被抑制
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⑵自由基对癌细胞的杀伤作用 体外：吞噬细胞+肿瘤细胞 培养 杀伤肿瘤细胞
体内：吞噬细胞可杀伤肿瘤细胞
机理：肿瘤细胞+抗体
复合物
吞噬细胞
与抗体Fc段结合
（Leabharlann Baidu）
细胞膜NADPH氧化酶
H2O2、HO·、1O2
O2-·
18
⑶自由基在细胞解毒方面的作用
底物（SH）+NADPH+H+
混合功能氧化酶 Cyt-P450
氧化产物（SOH）+NADP+H2O
此反应中有超氧自由基参与
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4.自由基在细胞信号传递中的作用 第一信使（激素、神经递质、生长因子）
受体 蛋白激酶/磷酸酶
G蛋白 第二信使
酶 （cAMP、cGMP
IP3、DAG、Ca2+）
细胞效应
蛋白质磷酸化/ 去磷酸化
核内第三信使
转录因子
基因表达
20
⑴钙信号通路 ROS 内质网
Ca2+释放
Ca2+与 钙结合蛋白的结合能力
⑵cGMP的生成
H2O2 + O2-· - GC cGMP NO +
21
⑶蛋白激酶
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5
活性氧
自由基
白内障
脂质过氧化反应
脂褐素 细胞衰老
肺泡膜
生物膜损害
溶酶体膜损伤 肝细胞膜损伤
肺气肿 红细胞 溶血
动脉壁损伤 动脉硬化
血管壁粗糙
脂质过氧化与一些疾病的关系
炎症 肝病 血小板聚集 血栓
6
⑵自由基对酶活性的影响
大部分
失活
自由基
酶
小部分 激活
如：卵磷脂
磷脂酶A2
（+）
不饱和脂肪酸 + 溶血卵磷脂
H2O2 + 酪氨酸蛋白激酶 ROS + 蛋白激酶
+ 丝裂原激活蛋白激酶
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5.自由基对基因表达的调控作用
ROS
转录因子
NF-КB AP-1 AP-2
调控基因表达
23
细胞外刺激
NADPH氧化酶
线粒体
ROS
细胞信号通路
转录因子
细胞增殖
DNA
基因表达
细胞分化
细胞凋亡
24
习题： 1.简述脂质过氧化反应的过程。 2.试述自由基对脂类和生物膜的损伤机制。 3.简述自由基对DNA损伤后果。 4.简述细胞对自由基的利用
结果： a、流动性减小 b、通透性增加
LO·+HO·
3
②脂质过氧化中产生多种活泼自由基攻击 细胞中酶和其他成分使之丧失功能
蛋白质 + HO·（LOO·） 蛋白质自由基 + H2O（LOOH）
+
蛋白质自由基
蛋白质聚合物
失去活性
4
③脂质过氧化产物中的醛类对细胞具有 毒性作用
丙二醛可以和含氨基的化合物（蛋白质、核酸、 脑磷脂）发生交联反应，使其失去作用
性
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3.自由基对核酸和染色体的破坏
⑴自由基对核酸的破坏 噬菌体-DNA + 黄嘌呤 +黄嘌呤氧化酶
DNA不断裂 DNA断裂
如：①在反应体系中加入SOD，DNA断裂被终止 ②在反应体系中加入CAT，DNA断裂被终止 ③在反应体系中加入苯甲酸，DNA断裂被终止
说明在此反应中，参与的自由基有： 10
机制：①碱基损伤和修饰 如HO·对胸腺嘧啶作用
第四章
自由基对细胞的损害 和细胞对自由基的利用
1
一、自由基对细胞的损害
1.自由基对脂类和生物膜的破坏 ⑴易损原因
①膜中脂类的多不饱和脂肪酸具有易与自由 基作用的结构
②氧易溶于非极性溶剂
2
⑵损害机制
①脂质过氧化可使膜脂类被破坏，影响生
物膜的功能
LH
不饱和脂肪酸 HO· L· O2 LOO·
L·
LOOH