Tiểu luận gốc tự do và chất chống oxy hóa RA006

Trường Đại học Dược Hà Nội
Bộ môn Vô cơ

Tiểu luận

Gốc tự do & chất chống oxy hóa
Mã bài: RA006
Họ tên: Lê Huy Tường

Mã HV: 1311093

Lớp-khóa: CH18


Hà Nội tháng 6/2014Nội dung
I. Phần bắt buộc
+ Dịch nội dung bài RA006
+ Bàn luận về nội dung bài RA006
II. Phần tự chọn
+ Dịch bài tự chọn 1
+ Dịch bài tự chọn 2
+ Bàn luận về 2 bài trên


I. PHẦN BẮT BUỘC
Giới thiệu
Các tài liệu y sinh học đầy những cáo buộc rằng, các ‘gốc tự do’ và
‘các chất hoạt động’ tham gia vào các loại bệnh khác nhau của con người.
Chúng có liên quan đến hơn 100 rối loạn, từ viêm khớp dạng thấp và sốc
xuất huyết đến các bệnh cơ tim và xơ nang dẫn đến thiếu máu cục bộ
đường tiêu hóa, AIDS và ngay cả hói đầu ở nam giới. Năm 1984, các nhà

khoa học đã chứng minh rằng 107 phạm vi rộng của các rối loạn này liên
quan đến các loại phân tử oxygen/nitrigen hoạt động (ROS/RNS) chứ
không phải là một cái gì đó bí truyền. Nhưng việc tăng hình thành chúng đi
kèm tổn thương mô trong hầu hết, nhưng không phải là tất cả, các bệnh tật
của con người. Đó là lý do tại sao tổn thương mô mềm lại dẫn đến stress
oxi hóa. 105 Ví dụ: xung điện được sử dụng rộng rãi để đưa DNA sửa đổi
vào trong các tế bào trong các thí nghiệm sinh học phân tử. Sự phá vỡ
màng gây ra bởi các xung điện có thể dẫn đến stress oxy hóa. 249
Các nguyên nhân làm tăng các thiệt hai do oxi hóa trong tổn thương
mô mềm thì được tóm tắt trong sơ đồ 9.1 và bao gồm sự giải phóng của
chất xúc tác ion kim loại chuyển tiếp và protein hem, cộng với tổn hại cho
ty thể làm tăng rò rỉ của các electron từ chuỗi vận chuyển electron. 197
Đôi khi ROS/RNS đóng góp đáng kể vào các tình trạng bệnh lý, ở
những lần khác chúng có thể không ảnh hưởng. Một nhiệm vụ chính của
các nhà nghiên cứu là tìm hiểu sự khác nhau giữa hai lĩnh vực trên. Một
yêu cầu trong công việc này phải có khảo nghiệm cụ thể của ROS/RNS và
của những tác hại mà chúng có thể gây ra, cái mà được áp dụng invivo.
Việc thiếu các xét nghiệm trong quá khứ đã cản trở sự tiến bộ trong hiểu
biết của chúng ta về vai trò của ROS/RNS trong sinh lý bình thường và
trong các bệnh nhưng sự hiểu biết này đang được gia tăng nhanh chóng
(chương 5). Tuy nhiên, chứng minh rằng ROS/RNS (hoặc những chất trung
gian tiền đề của tổn thương mô) là quan trọng trong một vài bệnh liên quan
nhiều hơn so với chứng minh sự hình thành của chúng bằng cách bẫy hoặc
bằng cách đo lượng tăng các sản phẩm của tổn thương do oxy hóa. Tiêu chí
cho sự liên quan ROS/RNS (hoặc vài tác nhân khác) như một góp phần
đáng kể vào tổn thương mô trong các bệnh của con người là như sau:
• Tác nhân sẽ luôn luôn xuất hiện (có mặt) ở vùng tổn thương
• Khoảng thời gian hình thành phải phù hợp (trùng hợp) với khoảng
thời gian của tổn thương mô
• Tác động trực tiếp của tác nhân đến các mô mềm ở các nồng độ

trong khoảng tìm thấy in vivo phải tái hiện được phần lớn hoặc tất cả
những tổn thương quan sát được.
9.1.


•

Loại bỏ những tác nhân hoặc ức chế sự hình thành của chúng sẽ làm
giảm bớt tổn thương đến một mức độ liên quan đến mức độ loại bỏ
tác nhân hoặc ức chế sự hình thành chúng

Bảng 9.1. Một vài tình trạng lâm sàng liên quan đến ROS/RNS
Loại

Ví dụ

Viêm/miễn dịch
tổn thương

Viêm cầu thận, viêm mạch, bệnh tự miễn, thấp
khớp, viêm gan.
Đột quỵ, nhồi máu cơ tim, rối loạn nhịp tim, viêm
họng, choáng, cấy ghép cơ quan, chấn thương do
lạnh, biến dạng bàn tay,tổn thương gặp ở thai nhi
gây ra do cocain.

Tình trạng thiếu
máu cục bộ
Tác dụng phụ của
thuốc và các chất

độc

Xem chương 8

Quá tải sắt (ở mô
và huyết tương)

Tình trạng quá tải sắt, chế độ ăn quá nhiều sắt
(Bantu), bệnh thiếu máu và thiếu máu mạn được
điều trị bằng truyền máu, suy dinh dưỡng
(kwashiorkor), nghiện rượu, suy các tạng, hóa chất
và xạ trị trong ung thư

Tổn thương do
phóng xạ

Nổ hạt nhân, phơi nhiễm, hóa chất hay tia xạ

Lão hóa

Già trước tuổi, bệnh của tuổi già, ví dụ ung thư

Tế bào hồng cầu

Cơ quan hô hấp

Hệ tim mạch
Thận

Phenyllhydrazine, Primaquine và những thuốc liên

quan, gây độc với máu, bệnh sốt rét, sốt xuất
huyết, ngộ độc tằm, thiếu máu tan huyết
Ảnh hưởng của hút thuốc lá, tắc nghẽn đường thở,
COPD, tăng oxy, không khí quá nhiều O3, NO2, SO2,
ho do hít phải nhiều khí bụi, ung thư do amiăng,
độc tính của thuốc diệt cỏ, hen, suyễn, u nang, u xơ
Bệnh cơ tim do rượu, bệnh Keshan do thiếu Selen,
xơ vữa động mạch, kích thích tim do quá thừa sắt
Hội chứng thận hư, độc tính của aminoglycoside,
độc tính của kim loại nặng (Pb, Cd, Hg), tổn thương
globin cơ, thẩm tách máu, thải ghép


Bảng 9.1 (tiếp theo)
Loại

Đường tiêu hóa

Rối loạn thần
kinh – cơ/ hệ
thống thần kinh/
não
Mắt
Da

Ví dụ
Ung thư khoang miệng liên quan ăn trầu, tổn
thương gan gây ra bởi nội độc tố hoặc do quá trình
halogen hóa hydrocarbon (ví dụ: bromobenzen, CCl4)
tiếp xúc với các tác nhân gây đái tháo đường, viêm

tụy, tổn thương đường tiêu hóa do dùng NSAID, ngộ
độc sắt đường uống
Oxi áp suất cao, thiếu hụt vitamin E, tiếp xúc với các
chất độc thần kinh, bệnh Alzheimer, bệnh Parkinson,
chứng múa giật Huntington, đột quỵ, viêm màng não,
quá tải nhôm, bệnh đa xơ cứng, chứng mất trí Guam
Đục thủy tinh thể, xuất huyết ở mắt, tổn thương thoái
hóa giác mạc/ thoái hóa điểm vàng, bệnh võng mạc,
xâm nhập của kim loại.
Bức xạ UV, tổn thương da, rối loạn chuyển hóa
porphyrin, tiếp xúc với các ánh sáng nhạy cảm khác,
viêm da tiếp xúc, chứng rụng tóc.

9.1.1. Nguồn gốc của stress oxi hóa trong các bệnh lý

Về nguyên tắc, các bệnh liên quan đến stress oxi hóa có thể là kết quả
từ 1 trong 2 (hoặc cả 2) điều sau:
1 Giảm các chất chống oxi hóa, như các đột biến ảnh hưởng đến các ezym
bảo vệ chống oxi hóa (như CuZnSOD, MnSOD và glutathione peroxidase)
hoặc các bệnh làm suy giảm miễn dịch. Nhiều chất dị sinh được chuyển
hóa bằng việc liên kết với GSH; các liều cao có thể làm cạn kiệt GSH và
gây ra stress oxi hóa ngay cả khi không phải là bản thân chất dị sinh tạo ra
ROS hoặc RNS (chương 8). Sự cạn kiệt của các chất chống oxi hóa và các
thành phần cần thiết khác trong chế độ ăn uống có thể dẫn đến quá trình
stress oxi hóa (chương 10).
2 Tăng các sản phẩm của ROS/RNS, ví dụ khi tiếp xúc với lượng lớn O2, sự
có mặt của các chất độc là những chất hoạt động (ví dụ như NO2) hoặc
được chuyển hóa tạo ra ROS/RNS, hoặc kích hoạt quá mức của các hệ
thống sản phẩm ROS/RNS “tự nhiên” (ví dụ sự kích hoạt không phù hợp
của các tế bào thực bào trong các bệnh viêm nhiễm mãn tính).

Cơ chế 2 thường được cho là phù hợp hơn với bệnh và thường xuyên
là đích hướng đến của các can thiệp điều trị, nhưng hiếm quan tâm đến tình
trạng các chất dinh dưỡng chống oxy hóa trong cơ thể bệnh nhân. Ví dụ:


các bệnh nhân được chăm sóc đặc biệt thường cho thấy nồng độ thấp của
ascorbate trong các dịch cơ thể - điều này liệu có phải là có lợi?


Chọn lọc và kích hoạt thực bào (sinh ra O2 –, H2O2, NO, HOCl)
C
Giải phóng acid arachidonic, hình thành enzym peroxide (bằng cách hoạt hóa của các enzym lipoxygenas
Thiếu
máu
Các ion kim loại như Fe2+, Cu2+ được giải phóng xúc tác cho quá trình chuyển H2O2 thành OH,
POL
tạ
Protein nhân hem được giải phóng (myoglobin, hemoglobin, cytocrom): protein hem sẽ phản ứng với per
Sự can thiệp của hệ thống bảo vệ chống oxi hóa (ví dụ: GSH và ascorbat mất đi từ tế bào). Mất ascorbatCt
Chuyển enzym xanthin dehydrogenase thành oxidase trong các mô nhất định, giải phóng xanthin oxidase
Tập t
Tổn thương ti thể, tăng thoát electron từ dạng O2 tam bội.
Tăng Ca2+ nội bào, kích thích calpain, tăng tổng hợp nitric oxide, giải phóng NO và tăng nguy cơ tác độn

N


Tổn thương mô

Stress oxi hóa

Cảm ứng enzym chống
oxiđoạn
hóa và
các của
enzym
vệ khác
Giai
muộn
tổn bảo
thương
mô, liênGiai
quanđoạn
đến sớm
tiêu vong
tế bào
của tổn
thương mô

Tiêu tế bào theo cơ chế hoại tử lan rộng tổn thương qua các tế bào khác ví Cảm
dụ doứng
việc giải phóng
hệ thống bảo vệ chống oxi hóa không đầ
Trung hòa stress oxi hóa
hoặc không tồn tại

Không có tác dụng phụ cho tình trạng bệnh
Bệnh nặng thêm
Có can thiệp của chất chống oxi hóa

Sơ đồ 9.2. tầm quan trọng của stress oxi hóa trong bệnh lý

9.1.2. Hậu quả của stress oxi hóa trong bệnh lý

Stress oxi hóa có thể dẫn đến kết quả là
1. Sự thích ứng bằng cách tăng điều hòa của hệ thống bảo vệ, đó có
thể là để:
(a) Bảo vệ hoàn toàn khỏi tổn thương;
(b) Bảo vệ khỏi tổn thương, nhưng không hoàn toàn;
(c) ‘Bảo vệ không hợp lý’ ví dụ như tế bào sau đó sẽ có thể kháng lại ở
nồng độ cao hơn của stress oxi hóa khi tiếp xúc ở lần sau đó
Ví dụ như ở trường hợp (b), nếu chuột trưởng thành có sự thích nghi
dần dần với việc tăng nồng độ O2, chúng có thể dung nạp O2 tinh khiết
trong thời gian dài hơn so với chuột còn kiểm soát, rõ ràng là do tăng tổng
hợp enzym bảo vệ chống oxi hóa và tăng tổng hợp GSH ở phổi. Tuy nhiên,
tổn thương vẫn xảy ra chậm, không được ngăn ngừa (mục 3.4.4). Ví dụ ở
trường hợp (c), E.Coli được đưa đưa vào nồng độ thấp H 2O2 làm tăng sự
điều hòa phiên mã của gen qua protein OxyR, và làm cho vi khuẩn kháng
lại nồng độ H2O2 cao hơn (mục 4.13.1). Ví dụ của trường hợp (c), sự thích
ứng ở động vật là rất hiếm, nhưng một trường hợp gần đây đã được chỉ ra
trong nghiên cứu về các tiền đề của chứng thiếu máu cục bộ 286. Một giai
đoạn ngắn thiếu máu ở tim heo dẫn đến sự giảm chức năng co rút , và việc
dùng các chất chất chống oxi hóa sẽ làm giảm tình trạng đó. Tuy nhiên,
việc lặp lại các giai đoạn ngắn thiếu máu cục bộ dẫn đến việc quay trở lại
nhanh hơn của chức năng co rút, nhưng đáp ứng thích nghi này sẽ bị chặn ở
những động vật mà đã được điều trị bằng chất chống oxi hóa. Do đó, ROS
sinh ra từ dịch truyền điều trị thiếu máu sẽ gây ra những tổn thương đầu
tiên, nhưng cũng dẫn đến một đáp ứng bảo vệ chống lại những tổn thương
sau đó.
2. Tổn thương mô. Stress oxi hóa có thể gây ra tổn thương đến tất cả các

đích phân tử: ADN, protein, đường và lipid (chương 4). Triển vọng về can
thiệp điều trị là không chắc bởi không biết rõ rằng cái nào là đích phân tử
đầu tiên của stress oxi hóa. Ví dụ như, ADN là một đích sớm và quan trọng
của tổn thương khi mà H2O2 được thêm vào cơ thể động vật có vú; tăng
tháo xoắn ADN xảy ra trước khi phát hiện ra POL hoặc tổn thương protein
oxi hóa. Chúng ta nhấn mạnh từ ‘phát hiện’ vì kết luận này rõ ràng là phụ
thuộc vào các xét nghiệm được sử dụng để đánh giá các tổn thương. Ví dụ
như, đánh giá nhóm carbonyl của protein sẽ không phát hiện các tổn
thương protein oxi hóa sớm và quan trọng bằng đánh giá mức độ oxi hóa
nhóm SH trên chất vận chuyển ion màng. Tuy nhiên, ví dụ như, nếu POL là
giai đoạn cuối của tổn thương, sau đó việc điều trị hướng đến việc chống
lại POL có thể có ít tác dụng. Thất bại trong điều trị này có thể dẫn đến kết
luận sai lầm rằng stress oxi hóa không quan trọng.


3. Tiêu vong tế bào. Tiêu vong tế bào có thể xảy ra bằng hai cơ chế chính,

hoại tử hoặc gây chết theo chương trình; cả hai con đường trên đều liên
quan đến stress oxi hóa (chương 4). Ở cơ chế diệt tế bào bằng cách hoại tử,
các tế bào trương nở và vỡ ra, giải phóng các thành phần của chúng vào
môi trường xung quanh và ảnh hưởng đến các tế bào lân cận khác. Các
thành phần trong tế bào có thể bao gồm chất chống oxi hóa như catalase
hay GSH, và các chất hiệp đồng oxi hóa như ion đồng và sắt và protein
hem (sơ đồ 9.1 và 9.2). Do vậy ngay cả khi một tế bào bị diệt không phải
bằng cơ chế stress oxi hóa, diệt tế bào bằng cơ chế hoại tử cũng có thể gây
stress oxi hóa lên các mô xung quanh (sơ đồ 9.2). Trong trường hợp gây
chết tế bào theo chương trình, ‘cơ chế tự tử’ vốn có của tế bào được kích
hoạt; các tế bào chết theo chương trình sẽ không giải phóng các thành phần
và như vậy, nói chung, cơ chế này không gây cản trở đến các tế bào khác
xung quanh (chương 4). Diệt tế bào theo chương trình có thể được gia tăng

trong một số các tình trạng bệnh lý nào đó, chẳng hạn như bệnh thoái hóa
thần kinh, và cũng có liên quan đến stress oxi hóa. Tuy nhiên, ngày càng có
nhiều bằng chứng cho thấy rằng hoại tử và gây chết theo chương trình là
hai ‘thái cực’ và nguyên tắc của chúng có thế được tìm thấy ở các tế bào
đang chết.



Tầm quan trọng của stress oxi hóa trong bệnh lý Cạn kiệt chất chống oxi hó
không
chứng
được
tổnoxi
hại hóa.
oxi hóa,
Một vài bệnh lý ở người nguyên
nhân
gâyminh
ra bởi
stress
Ví chỉ khi hệ th
dụ như ion OH được tạo ra bởi sự tách phân tử nước và kết quả của nhiều
protein,
vàđặc
lipid.
Các
(Tổng chất chốngquá
oxitrình
hóa sinh
tiềm học

tàng,cósựthể
cạngây
kiệthại
củacho
cáccác
chất
chống ADN
oxi hóa
biệt,
số triệu
lượng các phân tử
chứng do thiếu hụt Selen mạn tính (ví dụ bệnh Keshan) hoặc vitamin E (rối
loạn thần kinh ở các bệnh nhân bị rối loạn hấp thu chất béo bẩm sinh) cũng
có thể được điều hòa bằng stress oxi hóa (chương 3). Nó cũng là thuộc tính
Cảm
ứng enzym
của bệnh cơ tim trong bệnh Keshan do thiếu hụt Glutathione
peroxid
hoạt chống oxi h
chứng minh được tổn hại oxi hóa, chỉ khi hệ
động dẫn đến không loại bỏ được Hkhông
2O2, và cả lipid peroxit, với một tỉ lệ
vừa phải trên in vivo. Mặc dù không chứng minh được cơ chế gây tổn
thương mô, nhưng các bệnh nhân bị bệnh Keshan đều có hàm lượng Selen
Các
hiệu chuyên biệ
phụ thuộc Glutathione peroxid hoạt động trong máu và trong mô
rấtdấu
thấp.
Cho rằngTuy

tổn hại
oxi hóa
nhưng
làm tăng
trongoxi
tế bào/
môkết
nồng
vậy,dotrong
hầuxảy
hếtrabệnh
ở người,
stress
hóa là
quảđộvàcao các chất c
không phải là nguyên nhân của quá trình khởi phát bệnh. Tổn thương mô
do nhiễm trùng, chấn thương, chất độc, nhiệt độ thay đổi thất thường, và
các nguyên nhân khác thường dẫn đến sự gia tăng
đáng kể các ‘chất trung
MDA,
Peroxid
gian hóa học’ như prostagladin, leucotrien,
interleukin
và
các
cytokine,
các
Lipid
Aldehy
Oxysterol

yếu tố gây hoại tử khối u (TNFs). Tất cả các chất
này
đều
đóng
vai
trò
quan
Isopros
Chlorinat hóa/ nitrat hóa lipid
trọng trong tổn thương mô.105 ROS (và RNS, bao gồm cả gốc tự do NO) là
isoleuk
các chất trong cùng một nhóm, khi tổn thương Base
mô, ROS/RNS
thường
tăng
oxi hóa trong tế bào và urin
ADN bệnh
lên cao (sơ đồ 9.1).105, 119 Nếu, trong nhiều
ở
người,
đượctrong tế bào v
Base nitrat/ ROS/RNS
base khử amin
sinh ra và tăng nhanh như là hậu quả của quá trình
tổn thương
mô, aldehyd/
là một chất khác t
Sản phẩm
cộng base
đóng góp đáng kể cho bệnh lý học, nhưng thông tin này liệu có quan trọng

hay không? Câu trả lời có lẽ sẽ khác nhau trongOxi
các hóa
bệnhnhóm
khác-SH
nhau (sơ đồ
Protein
Cấu
trúc
carbonyl
9.2). Thực sự, câu hỏi tương tự cũng có thể được đặt ra đối với các chất
Sản phẩm cộng aldehyd
trong gian của quá trình tổn thương mô.
Oxichất
hóatrung
tyr, trp,
his,hóa
met,học
lys, leu, ileu, v
Để thể hiện rằng ROS/RNS (hoặc bất cứ
gian
Nitrat
hóa/
hóa tyrosin,
trp, phe
khác của chấn thương) là rất quan trọng trong một
bệnh
cụ clorinat
thể, nó được
thể
Peroxyd

hiện đầy đủ trong bảng tiêu chuẩn ở trang 617 và
619 sửhoặc
dụnghydroperoxid
các dấu chỉ hóa protein
sinh học thích hợp (sơ đồ 9.3). Ví dụ, sự gia tăng của POL xuất hiện trong
Bẫy ROS/RNS
sự tổn thương cơ ở người cùng với sự rối loạn dưỡng 57 cơ có thể là hậu quả
của sự tổn thương mô. Không có bằng chứng nào cho thấy các chấtPBN/
chốngcác bẫy khác
Các
thăm
dò vòng
thơm
(ví nhiễm
dụ salicylat, pheny
oxy hóa có lợi trong bệnh tật. Ví dụ thứ 2,
màng
trong
tế bào
người
Công thức
ROS/RNS
không
baotỉ hàm
tầm 269
quan
trọngsựcủa
Nếu c
trùng bởi Rickettsia
rickettsii

cho thấy
tăng
lệ POL,
nhưng
ứcROS/RNS.
chế
quá trình POL này lại không cải thiện sự tổn thương của các tế bào. Như
vậy, dữ liệu chỉ ra rằng, POL không quan trọng trong nhiều trường hợp, nó
Sơkhác.
đồ 9.3. Một vài ‘chỉ điểm sinh học’ của str
không loại trừ stress oxi hóa bằng các cơ chế
trong
Mặc dù gốc tự do thường là kết quả thứ cấp, nhưng nó có vai
trònghiên cứu
quan trọng trong tổn thương mô và trong nhiều bệnh ở người. Chúng ta tập
trung vào ví dụ về bệnh rối loạn chuyển hóa porin (chương 2), thiếu hụt
9.1.3.


vitamin E, tràn khí phổi, tan máu do thuốc, đục thủy tinh thể, chàm và bệnh
sốt rét (chương 7). Một ví dụ có thể kể đến nữa đó là bệnh xơ vữa động
mạch (chương 1), bệnh Wilson và dư thừa sắt (chương 3). Thách thức trong
tương là0 phát triển liệu pháp chống oxy hóa hiệu quả, đã được chứng
minh bằng những lợi ích cho bệnh nhân và cải thiện tình trạng bệnh thông
qua cơ chế chống các chất oxi hóa. Các tác nhân được sử dụng như là các
chất chống oxy hóa được thể hiện trong chương 10.
Chúng ta sẽ xét đến một số bệnh cụ thể