Gốc tự do và chất chống oxy hóa

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

Trang 1

GỐC TỰ DO VÀ CHẤT CHỐNG

OXY HÓA

Trang 2

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

Trang 3

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

Trang 4

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• ).

Trang 5

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:

Trang 6

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

Trang 7

Sơ đồ gốc tự do xâm nhập vào cơ thể

Hình 1 Oxy vào cơ thể qua đường hô hấp hoặc ăn

uống.

Trang 8

Hình 2 Trong chuyển hóa bình thường gốc tự

do hình thành

Trang 9

Hình 3 Gốc tự do tấn công vào màng tế bào.

Trang 10

Hình 4 Chuỗi gốc tự do phá vỡ màng tế bào

làm hư hại gene di truyềnvà có thể hủy hoại toàn bộ tế bào

Trang 11

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

Trang 12

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.

Trang 13

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.

Trang 14

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

Trang 15

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

Trang 17

+ Cơ chế phản ứng của SOD: SOD là metalloenzyme chống oxy

hoá hữu hiệu trong tế bào, xúc tác phản ứng dị ly oxy hoá khử phân huỷ gốc superoxide (Bannister và Parker, 1985)

Trang 18

Đầu tiên thấy rằng Me 3+ bị khử bằng cách nhận một điện tử của gốc O2• và trở thành dạng oxy hoá Me 2+ còn O2• chuyển thành O2 Khi đó Me 2+ 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.

Trang 19

+ 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

Trang 20

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).

Trang 21

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.

Trang 22

Cấu trúc:

Trang 23

Cơ chế hoạt động:

Trang 24

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.

Trang 25

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.

Trang 26

III.1.1.2 Ni- SOD:

Ni- SOD bao gồm 4 tiểu phần dưới đơn vị giống nhau, mỗi monomer có 117 amino acid chứa một nguyên tử Ni Dạng cấu trúc bậc 2 của Ni- SOD là chuỗi polypeptide có 4 vòng xoắn, 2 đối song Trình tự và thành phần amino acide của nó cũng không tương đồng với các nhóm SOD khác Ni- SOD có cấu trúc homodinulear, 2 ion Ni được nối với nhau bằng một cầu nối gốc cysteine với khoảng cách 23,4- 17,7 Ǻ TTHĐ Ni trong không gian phối trí sắp sếp theo dạng khối bát diện

Trang 28

+ Lượng O 2 • thường xuyên được sinh ra, tỷ lệ với cường độ hô hấp

tế bào, trong ty thể có enzym Mn-SOD loại gốc O 2• này, nếu còn gốc nào

thoát ra bào tương nó sẽ bị loại bỏ bởi enzym Cu-SOD và Zn-SOD, nhờ

có các enzym này mà gốc không đến được màng tế bào, vượt ra ngoài tế

bào và vì vậy dịch ngoại bào hầu như không có SOD Hoạt động của SOD

bắt buộc phải phối hợp với các hoạt động của catalase và peroxidase để

tránh sự tích tụ H 2 O 2

Trang 29

III.2 Hệ thống chất chống oxy hoá không có bản chất enzym:

III.2.1 Nhóm các polyphenol:

Gồm các vitamin A, vitamin E, flavonoid, coenzym Q

Trang 30

Đặc điểm:

gốc tự do và tạo ra dạng oxy hoá (quilon)

gốc, do vậy chúng có khả năng phản ứng với hai gốc tự do nữa nhưng xu hướng này yếu

Đặc biệt dạng oxy hoá và dạng khử của chúng có thể phản ứng với nhau một cách thuận nghịch tạo nên gốc semiquinon bền vững, tồn tại lâu dài

Trang 31

Các polyphenol (dạng ortho) có khả năng tạo

phức với ion sắt hoặc đồng nên có thể làm mất khả năng xúc tác của những ion này ở phản ứng Fenton Ion sắt phải có 6 liên kết phối trí mới bão hoà, nên phức phải có tỷ lệ ion sắt/ phối tử là 1/3 thì ion sắt mới mất tính chất xúc tác Nếu tỷ lệ

thành phần là 1/1 thì tính chất xúc tác của Fe

không mất mà còn tăng lên nhiều lần

Các polyphenol có những tính chất vật lý và tính chất hoá học khác nhau do vậy chúng cũng có những tính chất sinh học khác nhau, nhưng

chúng đều có tác dụng chống oxy hoá

Trang 32

III.2.1.1 Vitamin E:

Trang 33

Là chất chống oxy hoá hoà tan trong lipid và phân bố rộng khắp trong tế bào, được coi như chất bảo vệ của màng sinh học vì nó ngăn cản quá trình oxy hoá các acid béo chưa bão hoà của màng

Trang 34

Vitamin E có thể liên kết với phần hydrocacbon của acid béo chưa bão hoà nhiều nối đôi và vì vậy tiếp cận gần vị trí của quá trình peroxi hoá, dập tắt những phản ứng chuỗi gốc tự do theo sơ đồ sau:

R • (ROO • ) + Vitamin E → RH (ROOH) + Vtamin E •

R • (ROO • ) + Vtamin E • → RH (ROOH) +

Tocopherolquinon

(RH là các acid béo chưa bão hoà có nhiều nối đôi)

Trang 35

Cơ chế chống oxy hoá:

Vitamin E bị oxy hoá, trở thành gốc tocopherol không bền vững và bị bẻ gãy dị vòng tạo nên tocopherol quinon Đây không phải là chất chống oxy hoá trong

cơ thể sống và không biến đổi trở lại thành vitamin E.

Trang 36

Vitamin E có nhiều trong mầm ngũ cốc (lúa mạch), mầm đậu tương, giá đỗ, các loại dầu thực vật, xà lách, rau xanh, cà chua, gan động vật, lòng đỏ trứng

Trang 37

Selen hoạt hoá vitamin E và vitamin E chỉ phát huy tác dụng khi cơ thể có đủ selen Khi có selen xúc tác, vitamin E có thể tồn tại ở dạng một lưỡng gốc tự do bền, tác dụng như những cái bẫy để bắt giữ, trung hoà các gốc tự do độc hại.

Trang 38

Do đặc điểm cấu tạo phân tử, vitamin E là chất chống các gốc tự do đặc biệt là loại bỏ các

nguyên vẹn của màng tế bào và DNA

Hoạt tính chống oxy hoá của vitamin E có liên quan mật thiết đến những chất chống oxy hoá ưa nước khác như GSH, vitamin C, và vitamin E có tác dụng bảo vệ cơ thể chống lại các bệnh tim mạch, nhiễm khuẩn, ung thư, đục thuỷ tinh thể, các bệnh thần kinh, parkinson, lão suy, không đủ vitamin E hồng cầu dễ bị vỡ bởi

Trang 39

III.2.1.2 Các flavonoid:

Trang 40

Là một họ chất rất phổ biến trong thực vật, có bản chất hoá học là những polyphenol, các flavonoid có hoạt tính sinh học được gọi là bioflavonoid có khả năng chống oxy hoá cao.

Trang 41

Tác dụng chống oxy hóa của flavonoid:

Khi đưa flavonoid vào trong cơ thể sẽ sinh ra gốc tự do bền vững hơn các gốc tự do được hình thành trong quá trình bệnh lý (viêm nhiễm, ung thư, lão hóa…), chúng có khả năng giải tỏa các điện tử trên mạch vòng của nhân đôi và hệ thống nối đôi liên hợp, làm triệt tiêu các gốc tự do hoạt động.

Các gốc tự do được tạo bởi flavonoid phản ứng với các gốc tự do hoạt động và trung hòa chúng nên không tham gia vào giai chuyền phản ứng oxy hóa tiếp theo.

=> Kết quả là hạn chế quá trình bệnh lý do cắt đứt dây chuyền phản ứng oxy hóa

Trang 42

Ví dụ: Khi ở dạng quinon hoặc semiquinon, flavonoid loại trừ gốc tự do hoạt động theo cơ chế sau:

phẩm không gốc

Trang 43

Như vậy, các gốc tự do phenoxyl bền vững

sẽ thay thế các gốc tự do kém bền vững trong phản ứng peroxid hóa nên dây chuyền phản ứng

sẽ bị cắt đứt Vì vậy các nhà hóa học và sinh học gọi các “gốc tự do bền vững” này là “những tác nhân thu dọn và hủy diêt” các gốc tự do độc hại để bảo vệ cơ thể

Ngoài cơ chế trên, flavonoid còn kiềm hãm sự phát hãm sự phát sinh các gốc tự do hoạt động

do có khả năng tạo phức với các ion kim loại

thể xúc tác cho phản ứng Fenton sinh ra các gốc hoạt động như –OH…

Trang 44

III.2.1.3 Beta caroten:

Trang 45

Beta caroten thuộc họ chất màu thực vật từ vàng đến đỏ (gọi chung là carotenoid), là tiền chất của vitamin A, trong cơ thể một phân tử beta caroten có thể chuyển thành 2 phân tử vitamin A.

Trang 46

Nó có trong các loại rau quả, rất nhiều trong

củ quả như cà rốt, bí ngô, gấc, xoài Beta caroten rất dễ bị oxy hoá, đây là những chất chống oxy hoá mạnh.

Trang 47

Trong cơ thể, beta caroten chống lại các gốc tự do, dập tắt phản ứng dây chuyền, vô hiệu hoá đặc hiệu đối với phân tử oxy bị kích hoạt (oxy đơn bội 1O2) Nhờ có hệ liên kết đôi luân phiên trên mạch cacbon dài, một phân tử beta caroten có thể hấp thu năng lượng của hàng ngàn phân tử 1O2 rất nguy hiểm rồi giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt vô hại.

Trang 48

III.2.2 Vitamin C:

Cấu trúc của vitamin C

O

OH OH

O

OH

Trang 49

Vitamin C có nhiều trong hoa quả tươi, rau xanh Vitamin C là chất chống oxy hoá, chống gốc tự do điển hình ở ngoại bào Vitamin C có tác dụng đưa Vitamin E từ dạng oxy hoá về dạng khử (phục hồi vitamin E sau khi vitamin E đã hoạt động chống gốc tự do)

Vitamin C còn có tính chất chống oxy hoá ở môi trường nước như loại hydrogen peroxide, loại bỏ các gốc tự do superoxide (O2•), gốc

tự do

Trang 50

Ngoài ra, vitamin C cũng giảm các ion kim loại tạo ra gốc tự do thông qua phản ứng Fenton:

Trang 51

Vitamin C giúp cho cơ thể chống lại có hiệu quả nhiều bệnh nghiêm trọng như bệnh ung thư, tim mạch, làm tăng cường miễn dịch, tăng cường sức bền thành mạch, nhanh liền các vết loét.

Trang 52

Kết luận

Trong điều kiện bình thường, các gốc tự do luôn luôn có sự sản sinh trong cơ thể Các gốc tự do nội sinh cũng rất cần thiết cho quá trình tổng

hợp cũng như phân huỷ các chất trong chu trình chuyển hoá của tế bào Tuy nhiên nếu gốc tự do được sản sinh quá mức cho phép sẽ gây ra

những tổn thương tế bào làm phát sinh nhiều

bệnh bệnh lý phức tạp

Định dạng
Số trang	54
Dung lượng	3,35 MB