抗氧化代谢物是怎样产生的?
概述根据溶解性抗氧化剂可分为两大类:水溶性抗氧化剂和脂溶性抗氧化剂。水溶性抗氧化剂通常存在于细胞质基质和血浆中,脂溶性抗氧化剂则保护细胞膜的脂质免受过氧化。这些化合物或在人体内生物合成或通过膳食摄取。 不同抗氧化剂以一定范围的浓度分布于体液和组织中。谷胱甘肽和辅酶Q10主要存在于细胞中,而其他抗氧化剂比如尿酸它们的分布更为广泛(详见下表)。一些抗氧化剂由于既有抗氧化作用也是重要的病原体和致病因子所以只存在于某些特定机体组织中。 一些化合物通过与过渡金属配位螯合来阻止金属在细胞中催化自由基的产生,从而起到抗氧化防御的作用。这种抗氧化防御手段中特别重要的一点是要将铁离子通过配位螯合隔离起来...全部
概述根据溶解性抗氧化剂可分为两大类:水溶性抗氧化剂和脂溶性抗氧化剂。水溶性抗氧化剂通常存在于细胞质基质和血浆中,脂溶性抗氧化剂则保护细胞膜的脂质免受过氧化。这些化合物或在人体内生物合成或通过膳食摄取。
不同抗氧化剂以一定范围的浓度分布于体液和组织中。谷胱甘肽和辅酶Q10主要存在于细胞中,而其他抗氧化剂比如尿酸它们的分布更为广泛(详见下表)。一些抗氧化剂由于既有抗氧化作用也是重要的病原体和致病因子所以只存在于某些特定机体组织中。
一些化合物通过与过渡金属配位螯合来阻止金属在细胞中催化自由基的产生,从而起到抗氧化防御的作用。这种抗氧化防御手段中特别重要的一点是要将铁离子通过配位螯合隔离起来,因为铁离子是一些铁结合蛋白(iron-bindingproteins)比如运铁蛋白和铁蛋白能发挥作用的关键。
硒和锌通常被认为是抗氧化营养素(antioxidantnutrients),这两种元素本身没有抗氧化作用但会对一些抗氧化酶的活性起到作用。抗氧化代谢产物溶解性人血清中的浓度(μM)肝组织中的浓度(μmol/kg)抗坏血酸(维生素C)水溶性50–60260(人体)谷胱甘肽水溶性46,400(人体)硫辛酸水溶性0。
1–0。74–5(白鼠)尿酸水溶性200–4001,600(人体)胡萝卜素脂溶性β-胡萝卜素:0。5–1视黄醇(维生素A):1–35(人体,全部胡萝卜素)α-生育酚(维生素E)脂溶性10–4050(人体)泛醌(辅酶Q)脂溶性5200(人体)尿酸尿酸是血液中浓度最高的抗氧剂。
尿酸是嘌呤代谢的中间产物,由黄嘌呤通过黄嘌呤氧化酶氧化产生,是一种有抗氧化性的氧嘌呤(oxypurine)。在大部分陆地动物体内,尿酸氧化酶可催化尿酸进一步氧化成尿囊素,但人和一些高级灵长类动物的尿酸氧化酶基因不发挥作用,所以尿酸在体内不会进一步分解。
尿酸氧化酶功能在人类进化过程中丢失的原因仍是一个有待探讨的问题。尿酸的抗氧化性使研究者们推测这种突变有利于早期的灵长类动物和人类。对生物高海拔环境适应性的研究结果支持这样一种假设:尿酸作为抗氧化剂可以缓解由高原低氧引发的氧化应激。
在氧化应激所促发疾病的动物实验中发现尿酸可以预防或缓解疾病,研究者们将其归因于尿酸的抗氧化特性。关于尿酸抗氧化机理的研究结果也支持这一提议。对于多发性硬化症,GwenScott解释了尿酸作为抗氧化剂对于多发性硬化症的重要意义,血清中的尿酸水平与多发性硬化症的发生率呈相反的关系,因为多发性硬化症的病人血清中的尿酸水平低,而患有通风的病人很少患有这种疾病。
更重要的是尿酸可用于治疗实验性质的变态反应性脑脊髓症--一种多发性硬化症的动物模型。总之,虽然尿酸作为抗氧化剂的机理是得到很好支持的,但声称体内尿酸水平影响患多发性硬化症风险的这一说法仍存争议且需要更多的研究。
尿酸是所有血液抗氧化剂中浓度最高的,人血清中总抗氧化能力的一半是由它贡献的。尿酸的抗氧化活性很复杂,它不能与一些氧化剂比如超氧化物反应,但能对过氧亚硝基阴离子(peroxynitrite)、过氧化物和次氯酸起到抗氧化作用。
抗坏血酸抗坏血酸或称维生素C是植物和动物体内的单糖氧化-还原催化剂。在灵长类动物的进化过程中,突变的发生使得机体中一种用于合成维生素C所必需的酶丢失,所以人类必须从饮食中摄取维生素C。其他大部分动物都具备在体内合成维生素C的功能因而无需通过食物补充。
通过氧化L-脯氨酸残基得到4-羟基-L-脯氨酸可将前胶原(procollagen)转化为胶原蛋白,这个过程需要维生素C的参与,氧化后的维生素C在其他细胞中经蛋白二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDIA)和谷氧还原酶(glutaredoxins)的催化被谷胱甘肽还原。
维生素C是一种有还原性的氧化还原催化剂,可中和诸如过氧化氢这类的活性氧物种。维生素C除了有直接的抗氧化效果外,它也是还原酶抗坏血酸过氧化物酶(ascorbateperoxidase)的底物,这种酶对植物的抗逆性有特别重要的作用。
维生素C以较高的含量普遍存在于植物的各个部位中,特别是在叶绿体中的浓度可以高达20mmol/L。谷胱甘肽谷胱甘肽是一种含有半胱氨酸的多肽,存在于多数需氧生物体内。它不能从膳食中摄入而是在细胞内从相应的氨基酸合成而来。
由于半胱氨酸上的巯基具有还原性,能在氧化后再被还原,所以谷胱甘肽有抗氧化功能。在细胞内,谷胱甘肽在被一些代谢物和酶比如谷胱甘肽-抗坏血酸循环(Glutathione-ascorbatecycle)中的抗坏血酸盐、谷胱甘肽过氧化物酶、谷氧还蛋白氧化或直接和一些氧化性物质反应后,可被谷胱甘肽还原酶(glutathionereductase)还原恢复回还原态。
鉴于它在细胞内的高浓度和在细胞氧化还原态中所扮演的中心角色,谷胱甘肽是最重要的细胞抗氧化剂之一。在一些生物体中谷胱甘肽会被其他一些含巯基的多肽所代替,比如在放线菌中被mycothiol(AcCys-GlcN-Ins)替代、在革兰氏阳性菌中被bacillithiol(Cys-GlcN-mal)替代、在动质体中被锥虫基硫(Trypanothione)替代。
褪黑素褪黑素是一种强大的抗氧化剂。它可以轻易的穿过细胞膜和血脑屏障,和其他抗氧化剂不同,它不参与到还原循环(RedoxCycling)中。像维生素C这种参与氧化还原循环中的抗氧化剂可能会起到促氧化剂的作用从而促进自由基的形成。
褪黑素一旦被氧化就不能还原回去,因为氧化后的褪黑素会与自由基形成几种稳定的最终产物。因此褪黑素被称作终端抗氧化剂(terminalantioxidant)。生育酚和生育三烯酚(维生素E)维生素E是由生育酚和生育三烯酚构成的8种相关化合物的统称,它们是一类具有抗氧化功能的脂溶性维生素。
在这类化合物中,由于人体优先吸收和代谢α-生育酚,所以α-生育酚的生物利用度最大,也是已经被研究的最多的。据称α-生育酚是最重要的脂溶性抗氧化剂。它清除游离的自由基中间体并且停止自由基的链增长,以此保护细胞膜免受有过氧化链反应产生的过氧化脂质的破坏,由此产生的氧化态α-生育酚自由基可被其他抗氧化剂比如维生素C、视黄醇或泛醇还原,使其重新回到活性还原态继续起到抗氧化作用。
相关研究发现是α-生育酚而非水溶性抗氧化剂起到有效保护缺少谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)的细胞避免其死亡的作用,而GPX4是已知的唯一一种能有效减少生物膜中过氧化脂质的酶,这一研究发现与α-生育酚的细胞膜抗氧化作用是一致。
但是还尚不清楚其他的几种维生素E在抗氧化作用中的角色和重要性。尽管γ-生育酚作为亲核试剂可以和亲电性的诱突变物质反应,而生育三烯酚对于保护神经元免受损坏起到重要作用,但是对于除α-生育酚外的其他几种维生素E在抗氧化方面的作用仍知之甚少。
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