Chuong 3. Goc tu do va chat khang oxy hoa

CHƯƠNG 3

GỐC TỰ DO VÀ CHẤT KHÁNG OXY HÓA


Sự oxy hóa và sức khỏe con người
Một trong những điều nghịch lý của cuộc sống trên hành
tinh này là các phân tử duy trì cuộc sống, như oxy, không
những là phân tử quan trọng cho sự chuyển hóa năng
lượng và hô hấp mà còn là nguyên nhân của nhiều bệnh và
sự thoái hóa.

Marx, Science, 235, 529-531 (1985).


Tại sao phải học chương này?
Nếu tra từ “Antioxidants” từ internet…
• Sci-Finder

248,724 Articles (April 2012)

• Pubmed

340,354 Hits (April 2012)

• Google Search

30,500,000 Web pages (April 2012)

• Chemical Abstracts

14,609 Publications (2011 alone)


Sự oxy hóa khử
Thuật ngữ

Định nghĩa

Oxidation
(Sự oxy hóa)

Nhận oxy
Mất hydro
Mất điện tử

Reduction
(Sự khử)

Mất oxy
Nhận hydro
Nhận điện tử

Oxidant
(chất oxy hóa)

Oxy hóa chất khác bằng cách lấy điện
tử, hydro, hoặc thêm oxy

Reductant
(chất khử)

Khử chất khác bằng cách cung cấp
điện tử, hydro, hoặc loại bỏ oxy


Prooxidants (Chất tiền oxy hóa)
Gốc tự do (Free Radicals):
▪ Phân tử có khả năng tồn tại độc lập chứa một hoặc nhiều
điện tử lẻ (không bắt cặp).
▪ Một phân tử với một điện tử lẻ ở lớp ngoài cùng.

R3C. Carbon-centered
R3N. Nitrogen-centered
R-O. Oxygen-centered
R-S. Sulfur-centered


Prooxidants (Chất tiền oxy hóa)
Non-Radicals:
▪ Có khả năng oxy hóa mạnh
▪ Có khả năng tạo chất oxy hóa mạnh (các kim loại chuyển tiếp)

H2O2 Hydrogen peroxide
HOCl- Hypochlorous acid
O3

Ozone

1O
2

Singlet oxygen

ONOO- Peroxynitrite
Men+

Transition metals (Kim loại chuyển tiếp)


Reactive Oxygen Species (ROS)
(Chất chứa oxy hoạt động)
Radicals: Gốc tự do

Non-Radicals:

O2.-

Superoxide

H2O2

Hydrogen peroxide

.OH

Hydroxyl

HOCl-

Hypochlorous acid

RO2. Peroxyl

O3

Ozone

RO. Alkoxyl

1O
2

Singlet oxygen

HO2. Hydroperoxyl

ONOO-

Peroxynitrite


Reactive Oxygen Species (ROS)
(Chất chứa oxy hoạt động)


Reactive Nitrogen Species (RNS)
(Chất chứa nitơ hoạt động)

Radicals:

NO. Nitric Oxide
NO2. Nitrogen dioxide

Non-Radicals:
ONOOPeroxynitrite
ROONO Alkyl peroxynitrites
N2O3
Dinitrogen trioxide
N2O4
Dinitrogen tetroxide
HNO2
Nitrous acid
NO2+
Nitronium anion
NONitroxyl anion
NO+
Nitrosyl cation
NO2Cl
Nitryl chloride


Sự oxy hóa trong hệ thống sinh học
• Chúng ta sống trong điều kiện hiếu khí
• Oxy là nguyên tố duy trì sự sống
• Chúng ta sử dụng khoảng 3.5 kg oxy mỗi ngày

• 2,8% oxy được sử dụng để tạo các gốc tự do (free radicals)
• Nhiều kg peroxide (tổn thương sự oxy hóa lipid) được tạo
ra trong cơ thể mỗi ngày.

Nguồn gốc nội sinh của ROS và RNS
Microsomal Oxidation,
Flavoproteins, CYP enzymes

Myeloperoxidase
(phagocytes)

Xanthine Oxidase,
NOS isoforms
Endoplasmic Reticulum
Cytoplasm

Transition metals

Lysosomes
Fe
Cu

Oxidases,
Flavoproteins

Peroxisomes

Mitochondria
Plasma Membrane

Lipoxygenases,
Prostaglandin synthase
NADPH oxidase

Electron transport


Ty thể là nơi tạo ra ROS


Peroxisomes là nơi tạo ra ROS và RNS


Peroxisomes là nơi tạo ra ROS và RNS
Fatty Acid
Fatty acyl-CoA
synthetase
Acyl-CoA

H2O2

Acyl-CoA oxidase
Enoyl-CoA
Enoyl-CoA hydrolase

Hydroxyacyl-CoA
Hydroxyacyl-CoA
dehydrogenase
Ketoacyl-CoA
Thiolase
Acetyl-CoA

Acyl-CoA shortened

by two carbons


Peroxisomes là nơi tạo ra ROS và RNS
Enzymes trong peroxisome sản sinh ROS

Schader & Fahimi, Histochem Cell Biol, 2004


NADPH oxidase là nguồn gốc của ROS
Chủ yếu trong neutrophil, macrophage


Prostaglandin H Synthase (PHS) là nguồn của ROS


Dịch bào là nơi tạo ROS

xanthine oxidase

xanthine oxidase

Nitric Oxide Synthases (NOS):

neuronal

nNOS (I)

endothelial

eNOS (III)

inducible

iNOS (II)

NO•


Lysosome là nơi tạo ROS và RNS

Myeloperoxidase (MPO)


Gốc tự do có nguồn gốc nội sinh

̶

̶

̶

̶

̶

̶

̶

Ty thể
Phagocytes (macrophages)
Xanthine oxidase
Phản ứng giữa sắt và các ion kim loại ở trạng thái
chuyển tiếp
Peroxisomes
Sự viêm (Inflammation)
Thiếu máu cục bộ (Ischaemia)


Gốc tự do có nguồn gốc ngoại sinh
̶

Khói thuốc
̶

Ô nhiễm môi trường
̶

Phóng xạ
̶

Tia U.V
̶

Ozone
̶

Dược phẩm, thuốc trừ sâu, thuốc gây mê và dung môi
công nghiệp.

Chức năng của gốc tự do
̶

Cần thiết cho sự tăng trưởng các cấu trúc tế bào

̶

Cần thiết cho hoạt động kháng khuẩn- Tế bào bạch cầu
(phagocytes) phóng thích gốc tự do để phá hủy các tác
nhân gây bệnh.
̶

Có vai trò trong hệ miễn dịch
̶

Có vai trò trong quá trình sinh tổng hợp của tuyến tiền liệt

̶

Một số gốc tự do có vai trò trong tín hiệu tế bào


Lược sử: Tác hại của gốc tự do
• 1775 Priestly- Toxicity of oxygen to the organism similar
to burning of candle
• 1954 Gilbert and Gersham- Free radicals are important

player in biological environment and responsible for

deleterious process in the cell
• 1969 Mc Cord and Fridovich- Superoxide theory of
toxicity


Tác hại của gốc tự do
̶

Gốc tự do phá hủy tất cả các đại phân tử quan trọng của
tế bào như proteins, carbohydrates, lipids và acid nucleic.
̶

Sự phá hủy các thành phần tế bào khởi đầu cho nhiều
tiến trình bệnh tật và sự lão hóa.


Stress oxy hóa
• Mất cân bằng giữa gốc tự do
và hàng rào kháng oxy hóa cơ
thể (Stress oxy hóa) gây ra:
➢ Peroxid hóa lipid
➢ Biến đổi cấu trúc protein
➢ Tổn thương ADN