活性氧和氮物种的合成与代谢

相比之下，诱导型NOS的活性不依赖于细胞内钙离子， 主要由信号转导通路转录水平进行调控; 一旦表达，诱导型NOS生成一氧化氮的含量很高，这一 过程可以持续几个小时甚至几天;
第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢
2.3. 免疫活性细胞
（immunocompetent cells） 在刺激过程中，中性粒细胞和巨噬细胞可通过激活吞 噬细胞的NADPH氧化酶产生大量的超氧化物及其活性衍生 物; 此外，NADPH氧化酶也存在于嗜酸性粒细胞中，可以诱 导活性氧的形成;
次黄嘌呤 + H2O + O2 → 黄嘌呤 + H2O2
黄嘌呤 + H2O + 2O2 → 尿酸+ 2.O2- + 2H+
这种活性氧的生成过程已经在代谢性应激下被研究， 在细胞缺氧复氧损伤中起着特殊的作用.
芬顿反应：
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + OH + .OH-(羟自由基)
铜也有与H2O2形成反应生成.OH-的潜力
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3.1.1. 脂质过氧化
(lipids peroxidation)
脂质过氧化过程中的脂质过氧化物的积累，
对细胞膜会产生破坏影响,干扰细胞的完整性;
第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢
3.1.2. 蛋白质氧化 (protein oxidation)
活性氧的作用包括在氨基酸残基（如精氨酸、甲硫氨酸、 半胱氨酸、色氨酸、赖氨酸）中的各种氧化修饰; 氧化蛋白质损伤研究中最常用的标记是活性羰基衍生 物（RCD） 修饰的蛋白质会影响其生理功能和加速蛋白水解降解; 氧化蛋白的积累已是公认的逐渐发生在老化的过程中，并 且与一系列疾病的严重程度相关
NADPH氧化酶：是血管内生成活性氧簇（ROS） 的主要酶体；存在于吞噬细胞和多种 其它细胞（如血管平滑肌细胞、内皮细 胞、心脏和骨骼肌细胞）中； 由非吞噬细胞的NADPH氧化酶所形成的活性氧程度较低 但在氧化还原敏感性信号传导途径的调节中起着重要的作用
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血小板源性生长因子 凝血酶 肿瘤坏死因子-α 刺 激
活性的一个或多个不成对电子 的原子或分子 通常，用一个点“ . ”来象征自由基物质
如氢自由基H· 氯自由基Cl· 羟基自由基(OH· )
活性氧:
是指那些含氧的具有比较强的氧化和还原性质的自 由基和非自由基氧的衍生物 （如：超氧阴离子.O2-、过氧化氢H2O2、羟自由基OH· ）
活性氮：NO代谢产生一系列复合物的总称
前列腺素的生物合成伴随着活性氧的产生; 通过脂氧合酶转换花生四烯酸为白三烯， 已被确定为是活性氧的一个来源;
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2.2. 氮为中心的活性物种及其衍生物
（nitrogen-centered reactive species and their derivates）
L-精氨酸 + NOS + O2
（如：一氧化氮.NO、二氧化氮.NO₂、 过氧化亚硝酸盐.ONOO-）
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活性最强的含氧物质是羟自由基（•OH - ）
基础条件下， 身体产生的总的.O2-的量接近2公斤/年
一氧化氮（.NO）生成量达9公斤/年
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2. 活性氧和氮物种产生的机制
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3.1.3. DNA氧化损伤
(oxidative DNA damage)
DNA已被认为是氧化损伤最显著的生物标记 每个人体细胞平均每天至少发生几百个DNA氧化损伤
核DNA（nDNA）氧化损伤被认为是在癌症发展中 的一个潜在的病理生理学因素
细胞通过复杂的DNA修复酶系统，能快速修复 DNA的损伤。
第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢
朱小桢
第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢
前言
证据表明,急性体力活动可通过多种机制诱导增强氮物 种的产生； 为应对剧烈的体力活动而形成活性氧和氮物种（RONS） ，会导致氧化应激； RONS作为信号分子，调节一系列生理功能； RONS种通过氧化还原敏感性转录因子调节基因表达； 训练似乎能改变RONS的生成，从而在慢性疾病的治疗和 预防过程中发挥有益作用
活性氮的作用可以描述为一个“双刃剑”
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3.3. 活性氧和氮的物种和免疫系统
(RONS and the immune system)
第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢
Байду номын сангаас
3.4. 疾病中的活性氧和活性氮物种
(RONS in diseases)
第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢
超氧化物歧化:
. 2 O2 +
超氧化物歧化酶 + 2H
H2O2 + O2
H2O2 +
Cl-
髓过氧化物酶
HOCl
呼吸爆发：再灌注组织重新获得氧供应的短时间内 激活的中性粒细胞耗氧量显著增加，产生大量氧自 由基，又称为氧爆发。
多种免疫活性细胞在炎性刺激下（如细胞因子和内毒 素刺激），可引起诱导型一氧化氮合酶表达； 缺氧、高温和低浓度.NO本身，是非炎症性诱导型一 氧化氮合酶的诱导剂； 相反，皮质醇和更高浓度的.NO将发挥抑制作用； 在某些条件下，一些非免疫细胞（如肝细胞、上皮 细胞、心脏和骨骼肌细胞），也能够引起诱导型一氧 化氮合酶表达；
机械力
刺
激
血管平滑肌细胞 的NADPH氧化酶
内皮细胞的 NADPH氧化酶
超氧自由基（.O2-）通过线粒体电子传递链氧化
还原反应连续地产生。
如此利用的氧约占组织耗氧总量的90%~98%
O2+4e
细胞色素氧化酶
2H2O
.O 2
O2+e
.O 2
铁催化
发生在所有含线粒体的细胞中
.OH
黄嘌呤氧化酶催化的反应：
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3. 活性氧和活性氮的作用机制
（RONS-mechanisms of action） 活性氧和氮物种的特性，产生一种强大的破坏作用， 它是对脂质、蛋白质、核酸、以及细胞外基质产生 破坏性影响的基础; 另一方面，活性氧和氮的物种如在严格控制的条件 下中等水平（适度）的生成，在各种信号传导过程中 承担起调节介质的作用,实现重要的生理功能;
第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢
主要内容：
1、有关活性氧和氮物种的基本知识
（生成特性、作用机制、生理功能、构成抗氧化系统）
2、急性和慢性运动在形成、作用、调节活 性氧和氮物种特性上的具体影响
第九章 活性氧和氮物种的合成与代谢
1. 生物体内的活性氧和氮物种
自由基：是在其轨道中存在具有非常明显的化学
(Mechanisms of RONS generation)
活性氧和氮物种 (RONS)
以氧为中心的活 性氧（ROS） 以氮为中心的活 性氮（RNS）
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2.1. 氧为中心的活性物种及其衍生物
（oxygen-centered reactive species and their derivates）
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3.2. 活性氮物种的作用机制
(RNS-mechanisms of actions)
.NO + .O 2
ONOO( 过氧亚硝基阴离子 )
ONOO- 的加入会导致脂质、蛋白质和DNA的氧化与 硝化，导致细胞死亡
活性氧和一氧化氮的作用，反映了一个重要的 “清道夫”的作用。
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3.1. 生物系统中的氧化应激
(oxidative stress in the biological system)
如果活性氧的产生过多或快速，系统可能无法 氧化应激： 充分反应。细胞的氧化还原状态转向促氧化状态， 是指机体在遭受各种有害刺激时,体内高活性分 增强脂质、蛋白质和核酸的氧化修饰。 子如活性氧和活性氮产生过多,氧化程度超出氧化 物的清除,氧化系统和抗氧化系统失衡,从而导致组 氧化修饰： 是细胞内的活性氧诱导生物大分子 织损伤。 发生氧化反应引起的结构及构象改变。
NO + L-瓜氨酸
一氧化氮合酶 （NOS）
神经型 一氧化氮合酶 （nNOS或NOS1）
内皮型 一氧化氮合酶 （eNOS或NOS3）
诱导型 一氧化氮合酶 （iNOS或NOS2）
分布于神经元细胞
血管内皮细胞
免疫细胞
血管通过内皮型NOS形成一氧化氮，是直接通过增 加血液流动和剪切力来促进的； 由于损伤或肌肉机械活动，神经型NOS蛋白表达增 加，而神经损伤后它的表达会降低; 神经型NOS 内皮型NOS 产生低水平的一氧化氮活化