Gốc tự do và chất chống oxy hóa

GỐC TỰ DO VÀ
CHẤT CHỐNG
OXY HÓA
Trong cơ thể con người tồn tại một hệ thống
cân bằng, đó là quá trình sản sinh ra các gốc
tự do và quá trình sản sinh ra các chất chống
oxy hóa. Trong quá trình trao đổi chất, các tác
nhân bên trong hoặc bên ngoài cợ thể (môi
trường bị ô nhiễm, tia tử ngoại, chất phóng
xạ…) làm cho hệ thống cân bằng bị dịch
chuyển theo hướng làm tăng các gốc tự do và
giảm các chất chống oxy hoá trong cơ thể con
người. Kết quả là sẽ phá huỷ các đại phân tử
của tế bào và gây ra nhiều loại bệnh tật.
Nội dung:
I. Gốc tự do
II. Tác hại của gốc tự do đối với các cơ quan
của cơ thể
III. Chất chống oxy hóa
III.1. Hệ thống chống oxy hóa có bản chất
là enzym
III.2. Hệ thống chống oxy hóa không có
bản chất là enzym
I. Gốc tự do:
Gốc tự do (Free Radical) là các nguyên tử, phân
tử hoặc ion mang một điện tử tự do (chưa cặp
đôi) ở vòng ngoài nên mang điện tích âm, vì thế
không ổn định, có khả năng oxy hóa các nguyên
tử, phân tử và tế bào khác.
Ví dụ: mảnh phân tử (.CH3, OH ), phân tử
( •NO, • NO2, CO2• ), nguyên tử tự do (.Cl, .

Br ) hay ion ( O2• ).
I. Gốc tự do:
Gốc tự do hoạt động dễ dàng tấn công vào
các phân tử tạo ra các phân tử mới, gốc mới
và gây ra phản ứng dây chuyền:

R• + R1H R•1 + RH


R•1 + R2- R3 R•3
+ R1- R2

I. Gốc tự do:
Các gốc mới sinh nếu không được trung hoà
theo phản ứng “gốc- gốc” để tạo phân tử
không gốc thì sẽ tiếp tục chuỗi phản ứng như
trên. Các gốc tự do luôn được hình thành từ
nhiều con đường khác nhau, gốc này mất đi,
các gốc khác lại được sinh ra. Quá trình này
diễn ra gây tổn thương màng tế bào, các
phân tử protein và ngay cả ADN Hậu quả là
xuất hiện những biến đổi làm tổn hại, rối loạn
chức năng, thậm chí gây chết tế bào.
Sơ đồ gốc tự do xâm nhập vào cơ thể
Hình 1. Oxy vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc ăn
uống.
Hình 2. Trong chuyển hóa bình thường gốc tự
do hình thành.
Hình 3. Gốc tự do tấn công vào màng tế bào.
Hình 4. Chuỗi gốc tự do phá vỡ màng tế bào

làm hư hại gene di truyền
và có thể hủy hoại toàn bộ tế bào.
Việc sinh ra các gốc tự do trong cơ thể diễn ra
thường xuyên, thông qua chuỗi hô hấp tế bào,
tác nhân phóng xạ, hội chứng viêm và quá trình
thực bào, trong hiện tượng thiếu máu cục bộ và
tưới máu lại, tác nhân xenobiotic và sự ô nhiễm
môi trường và một số tác nhân khác.
Gốc tự do tồn tại càng ngắn càng có độc tính
lớn, gốc tự do tồn tại ngắn độc hơn và thường là
tác nhân trung hoà gốc không bền. Người ta
thấy rằng hoạt tính tồn tại của gốc tự do tương
quan nghịch với thời gian tồn tại của gốc tự do.
II. Tác hại của gốc tự do đối với các
cơ quan của cơ thể:
II.1. Não: Thoái hóa thần kinh, đau nửa
đầu, đột quỵ, ung thư não.
II.2. Mắt: Thoái hóa võng mạc, thoái hóa
điểm vàng, đục thủy tinh thể.
II.3. Da: Lão hóa da, vẩy nến, viêm da.
II.4. Hệ miễn dịch: Viêm nhiễm mãn tính,
các rối loạn tự miễn, bệnh lupus, viêm đường
ruột.
II.5. Tim: Suy tim, xơ hóa cơ tim, cao
huyết áp, thiếu máu cơ tim, nhồi máu cơ tim.
II. Tác hại của gốc tự do đối với các
cơ quan của cơ thể:
II.6. Mạch máu: Tái hẹp lòng mạch, xơ vữa mạch
máu, rối loạn chức năng tế bào nội mô, cao huyết
áp.

II.7. Phổi: Hen phế quản, phổi tắc nghẽn mãn
tính, dị ứng, ung thư phổi.
II.8. Thận: Bệnh thận mãn tính, thải ghép thận,
viêm cầu thận.
II.9. Đa cơ quan: Tiểu đường, lão hóa, mệt mỏi
mãn tính
II.10. Khớp: Thấp khớp, thoái hóa khớp, viêm
khớp vảy nến.
III. Chất chống oxy hóa:
Chất chống oxy hoá (antioxidant) là một trong
những hệ thống nội sinh quan trọng có vai trò
khử các chất oxy hoá và gốc tự do gây hại đến
tế bào, đây là cơ chế phản ứng duy trì hiệu quả
cân bằng nội bào, chính hệ thống bảo vệ này đã
ngăn cản quá trình tạo ra nhiều gốc tự do và cản
trở quá trình phân giải oxy hoá bất lợi.
Chất chống oxy hoá được chia thành 2 loại: Các
chất chống oxy hoá có bản chất enzym và các
chất chống oxy hoá không có bản chất enzym.
III.1. Hệ thống chống oxy hoá có bản chất
enzym:
III.1.1. Superoxid dismutase (SOD):
Superoxid dismutase (SOD) là enzym chống oxy
hoá có chứa kim loại thuộc lớp oxidoreductase,
điều hoà gốc anion dioxide (O2•), chức năng của
enzym SOD là xúc tác cho phản ứng dị ly xảy ra
nhanh:
2 O2• + 2H+ = H2O2 + O2
SOD có hoạt tính càng cao thì O2• có hoạt tính
càng nhỏ, SOD là một chất chống oxy hoá rất cơ

bản, làm hạ thấp nồng độ tiền chất (O2•) mà từ
đó sẽ sản sinh ra tất cả các dạng oxy hoạt động
khác.
Đầu tiên thấy rằng Me3+ bị khử bằng cách nhận
một điện tử của gốc O2• và trở thành dạng oxy
hoá Me2+ còn O2• chuyển thành O2 . Khi đó
Me2+ tiếp tục tương tác với một gốc O2• và
nhường điện tử cho nó, với sự có mặt của H+
chúng kết hợp với nhau để tạo thành H2O2 . Và
quá trình này tiếp tục lặp đi lặp lại tạo nên một chu
trình phản ứng khép kín. Chu kỳ bán huỷ của SOD
từ vài phút đến vài giờ, nó phụ thuộc vào nhóm
SOD khác nhau.
+ Cấu trúc của SOD: Hệ thống SOD được
chia thành 4 nhóm là: CuZn-SOD (dạng
trong bào tương có chứa Cu,Zn); Fe-SOD,
Mn-SOD (dạng trong ty thể chứa Mn) và Ni-
SOD .
III.1.1.1. CuZn-SOD:
CuZn- SOD là một metalloprotein có cấu trúc nhị nhân
điển hình. Cấu trúc CuZn- SOD từ hồng cầu bò đã xác
định rõ là một phân tử homotetramer điển hình cho nhóm
enzyme này, mỗi monomer chứa một ion đồng nằm trong
không gian phối trí có cấu trúc hình tháp vuông biến dạng
và một ion kẽm nằm trong không gian phối trí có hình tứ
diện biến dạng ở trung tâm hoạt động (TTHĐ).
III.1.1.1. CuZn-SOD:
Vị trí Cu giữ vai trò xúc tác chính liên kết

phối trí với 4 phối tử là 4 gốc histidine của
chuỗi polypeptide và một phân tử nước hay
một nhóm HO, như vậy TTHĐ Cu có cấu trúc
pentacoordinate (Cu(NHis)4H2O/HO-). Vị trí
Zn đóng vai trò hỗ trợ tính bền vững của
TTHĐ. Đặc biệt CuZn- SOD tồn tại trong lục
lạp có cấu trúc homotetramer, TTHĐ của mỗi
monomer thực hiện chức năng độc lập với
nhau.
Cấu trúc:
Cơ chế hoạt động:
III.1.1.2. Mn- SOD:
Mn- SOD là một metalloprotein có cấu trúc
đơn nhân. Mn- SOD người có cấu trúc
homotetramer, mỗi monomer chứa 198
gốc aminoacid và chia thành 2 vùng khác
nhau: vùng N-terminus bao gồm 2 chuỗi
xoắn đối song và cùng C- terminus chứa
một phiến nếp gấp ở trung tâm được tạo
thành từ 3 dải đối song với 4-6 chuỗi xoắn
bao xung quanh.
III.1.1.2. Mn- SOD:
TTHĐ Mn nằm giữa 2 vùng N- và C-
terminus. Cấu trúc Fe- SOD rất giống
với Mn- SOD, thậm chí các cấu trúc
bậc 1, bậc 2, bậc 3 của 2 enzym này
cũng giống nhau, sự khác nhau chỉ
thể hiện qua coenzym, một số đặc
tính và vị trí phân bố.