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1、生物大分子的氧化损伤与疾病怀化医专JOURNALOFHUAIHUAMEDICALCOLLEGE2006,5(1)生物大分子的氧化损伤与疾病张中,卫涛涛(1.怀化医专医学检验系.湖南怀化418000;2.中国科学院生物物理研究所,生物大分子国家it点实验室)?[摘要】本文首先阐速了活性氧对生物大分子的氧化损伤,如对蛋白质,核酸,生物膜的损伤;其次介绍了生物大分子的氧化损伤与衰老,肿瘤,糖尿痛厦自身免疲痰病的关系.[关键词】生物大分子;氧化损伤;自由基;活性氧[中圈分类号】QT1[文献标识码】A[文章■号】o163(2006)Ol一0081—04具有未成对电子的原子或原子团叫做自
2、由基.与生命或健康密切相关的自由基主要包括超氧阴离子自由基,羟基自由基,单线态氧等氧自由基以及一氧化氮等氮氧自由基等.这些氧自由基及氮氧自由基具有三个明显的特点:一是反应性(氧化性)强,二是寿命短,三是具有顺磁性.这些自由基,以及由这些自由基所衍生的过氧化氢,过氧化亚硝基等非自由基分子(离子)被统称为活性氧.它们产生于有机体的正常需氧代谢¨],而在电离辐射,紫外线照射,化学物质(尤其是环境污染物)暴露等情况下,机体会产生大量的内源活性氧J.最近的研究表明,机体内抗活性氧损伤的防御系统是一个可与免疫系统相比拟的复杂系统.随着自由基生物医学的发展,已经发现大约有百余种疾病与活性氧
3、有关,其中研究得较多的疾病包括自身免疫性疾病,肿瘤,辐射损伤,动脉粥样硬化,衰老等,而这些疾病的发生发展都与活性氧损伤生物大分子有关【3'4J.随着活性氧在这些疾病发生发展中的作用机理逐渐被揭示,防止活性氧对生物大分子造成氧化损伤将成为防治这些常见I临床疾病的指导性原则之一.下面对生物大分子的氧化损伤与疾病的关系作一简要综述.1活性氧对生物大分子的氧化损伤1.1对蛋白质的损伤可直接作用于蛋白质的活性氧主要包括超氧阴离子(O2一),过氧化氢(H202)及羟自由基(HO?),过氧化亚硝基(ONOO一).对蛋白质直接破坏的后果主要有:(1)可使酶蛋白失活或改变其催化活性;(2)产生
4、某些具有异质性的蛋白质,从而引起自身免疫反应;(3)自由基可使蛋白质发生广泛交联,使其理,化性质和生物学功能发生改变.如O:一或H2o2可与半胱氨酸残基作用.在过渡金属如Fe,cu的催化下,H2O2通过Fenton反应产生氧化活性更高的HO?,反应性增强,进一步引起其他氨基酸残基,如组氨酸,酪氨酸,半胱氨酸等的氧化.ONOO一具有与HO?类似的反应特性.光敏反应生成的单线态氧O2,很容易使蛋白质的组氨酸残基氧化,也可使色氨酸,酪氨酸及半胱氨酸残基氧化,从而使酶及蛋白质变性失活.此外,活性氧引发不饱和脂肪酸的过氧化产物,其产物丙二醛等可使蛋白质分子发生交联,形成变性聚合物.在蛋
5、白质的氧化损伤过程中,往往还伴有蛋白质自由基的生成.在电离辐射条件下,蛋白质中氢原子以?H形式释放从而直接生成蛋白质自由基;而氧自由基可作为氢原子的受体攫取蛋白质的?H,产生蛋白质自由基.这些蛋白质自由基会进一步产生自由基链式反应,造成蛋白质的交联,辅基的缺失,甚至导致肽链的断裂.如果重要的功能蛋白质(如酶,受体,离子通道等)受到活性氧的攻击而发生氧化损伤,就会造成机体功能的失调.1.2对核酸的损伤1983年Shinya等人研究发现收稿日期i2OO6—03—22作者简介:张申(1955一).男,副教授,主要从事生物化学教学及心血管疾病的生物化学研究.82怀化医专,2OO6.5
6、(1)DNA的氧化损伤是引起衰老,癌症等疾病的重要原因之一,在离体体系中已有证据表明羟基自由基能引起DNA的氧化损伤.DNA的氧化损伤主要包括:(1)碱基的修饰:羟基自由基可对胸腺嘧啶的5,6一双键进行加成,形成胸腺嘧啶自由基.碱基的改变可导致基团控制下的许多生化与蛋白合成过程受到破坏.(2)键的断裂:自由基从DNA的戊糖夺取了氢原子,使之在C4位置形成具有未配对电子的自由基,然后,此自由基又在B一位置发生链的断裂[5].o2也能分解核苷酸,尤其是鸟苷酸,对鸟苷,腺苷,胞苷及尿苷分解的比例为26:13:8:1.受到氧化损伤后的DNA可能会发生断裂,突变以及对热稳定性改变等,从
7、而严重影响了遗传信息的正常转录,翻译过程.细胞代谢将会发生紊乱.如DNA的氧化损伤将直接上调p53基因的表达,从而通过调控细胞周期,诱导细胞凋亡等途径影响组织的正常功能.活性氧对核酸的损害,是氧毒性影响遗传的一个重要途径.许多实验证据表明,线粒体DNA(mtDNA)突变与氧自由基损伤关系密切.与核DNA(nDAN)相比:(1)mtDNA裸露无组蛋白保护且缺乏有效的修复系统,因此其突变率远高于nDNA(约为其10—100倍),并且在细胞内不断积累;(2)mtDNA具有极其经济的基因排列,既无内含子又有部分
