CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.3 Tổng quan về gốc tự do và chất kháng oxy hóa
2.3.1 Sơ lược về gốc tự do và tác hại
Gốc tự do là các nguyên tử, phân tử hay các ion có điện tử độc lập chưa kết đơi với các điện tử khác. Các gốc tự do có thể mang điện tích dương, điện tích âm hoặc khơng mang điện tích. Gốc tự do được tạo ra bởi các quá trình trao đổi chất trong cơ thể như lipid hóa, peroxy hóa, glucuronid hóa và gluconeogenesis hoặc dưới sự tác động của các yếu tố bên ngoài như tia X, UV, gamma, bức xạ vi sóng hay các chất ơ nhiễm,…. Ở nồng độ thấp, các gốc tự do có vai trị cân bằng các
chức năng sinh lý trong cơ thể, tuy nhiên khi nồng độ gốc tự do trong cơ thể tăng cao hơn bình thường có thể dẫn đến sự phát triển của các bệnh thối hóa và một số bệnh lý như viêm, lão hóa, xơ vữa động mạch, ung thư, Parkinson và Alzheimer.
Sự hiện diện của một điện tử chưa ghép đôi dẫn đến một số đặc tính chung nhất định được chia sẻ bởi hầu hết các gốc. Nhiều gốc tự do khơng ổn định và có khả năng phản ứng cao. Chúng có thể cho một điện tử hoặc nhận một điện tử từ các phân tử khác, do đó hoạt động như chất oxy hóa hoặc chất khử [76]. Các gốc tự do chứa oxy quan trọng nhất trong nhiều trạng thái bệnh là gốc hydroxyl, gốc anion superoxide, hydrogen peroxide, oxy singlet, hypochlorite, gốc oxit nitric và gốc peroxynitrit. Đây là những lồi có phản ứng cao, có khả năng phản ứng trong nhân và trong màng tế bào phá hủy các phân tử có liên quan đến cấu trúc sinh học như DNA, protein, carbohydrate và lipid [77]. Các gốc tự do tấn công các đại phân tử quan trọng dẫn đến tổn thương tế bào và phá vỡ nội môi. Mục tiêu của các gốc tự do bao gồm tất cả các loại phân tử trong cơ thể. Trong số đó, lipid, acid nucleic và protein là những mục tiêu chính.
Sản xuất các gốc tự do trong cơ thể con người: Các gốc tự do và các ROS khác có nguồn gốc từ các q trình trao đổi chất thiết yếu bình thường trong cơ thể
22
con người hoặc từ các nguồn bên ngoài như tiếp xúc với tia X, ozone, hút thuốc lá, chất ơ nhiễm khơng khí và hóa chất cơng nghiệp [77]. Sự hình thành gốc tự do xảy ra liên tục trong tế bào là kết quả của cả phản ứng enzym và phản ứng không enzym. Các phản ứng enzym, đóng vai trị là nguồn gốc của các gốc tự do, bao gồm các phản ứng tham gia vào chuỗi hơ hấp, trong q trình thực bào, tổng hợp prostaglandin và trong hệ thống cytochrom P-450 [78]. Các gốc tự do cũng có thể được hình thành trong các phản ứng khơng có enzym của oxy với các hợp chất hữu cơ cũng như các phản ứng bắt đầu bằng phản ứng ion hóa.
Stress oxy hóa là hiện tượng khi các gốc tự do có vai trị quan trọng trong cơ thể, vốn là những chất chuyển hóa trung gian có hoạt tính mạnh, chúng vượt q sự kiểm sốt của cơ thể tấn công vào hệ thống các mô, cơ quan, các base trong acid nucleic, các acid amin trong chuỗi protein, các acid béo chưa bão hòa… và gây ra hàng loạt các biến đổi có hại cho cơ thể như: lão hóa, các vấn đề tim mạch, thối hóa thần kinh, các bệnh ung thư [79, 80]. Stress oxy hóa ngắn hạn có thể xảy ra ở các mô bị tổn thương do chấn thương, nhiễm trùng, chấn thương do nhiệt, tăng oxy, độc tố và tập thể dục quá mức. Các mô bị thương này tạo ra các enzym tạo gốc gia tăng (ví dụ: xanthine oxidase, lipogenase, cyclooxygenase) kích hoạt thực bào, giải phóng sắt tự do, các ion đồng, hoặc làm gián đoạn chuỗi vận chuyển điện tử của q trình phosphoryl hóa oxy hóa, tạo ra ROS dư thừa. Sự khởi phát, thúc đẩy và tiến triển của ung thư, cũng như các tác dụng phụ của xạ trị và hóa trị, có liên quan đến sự mất cân bằng giữa ROS và hệ thống phịng thủ kháng oxy hóa. ROS có liên quan đến việc khởi phát và các biến chứng của bệnh đái tháo đường, bệnh mắt do tuổi tác và các bệnh thối hóa thần kinh như bệnh Parkinson [81].
2.3.2 Sơ lược về chất kháng oxy hóa
Chất kháng oxy hóa là một phân tử đủ ổn định để cho một điện tử cho một gốc tự do và vơ hiệu hóa nó, do đó làm giảm khả năng gây hại của nó. Những chất kháng oxy hóa này làm chậm hoặc ức chế tổn thương tế bào chủ yếu thơng qua đặc tính thu gom gốc tự do của chúng [82]. Những chất kháng oxy hóa có trọng lượng phân tử thấp này có thể tương tác một cách an toàn với các gốc tự do và chấm dứt phản ứng dây chuyền trước khi các phân tử quan trọng bị hư hỏng. Một số chất kháng oxy hóa bao gồm: glutathione, ubiquinol và acid uric, được tạo ra trong quá trình trao đổi chất bình thường trong cơ thể [83]. Một số chất kháng oxy hóa khác được tìm thấy trong chế độ ăn uống. Mặc dù có một số hệ thống enzym trong cơ thể có chức năng quét các gốc tự do, nhưng các chất kháng oxy hóa vi chất dinh dưỡng (vitamin) chính là vitamin E (α-tocopherol), Vitamin C (ascorbic acid) và -caroten và một số hợp chất khác [84]. Cơ thể khơng thể sản xuất các chất này, vì vậy chúng phải được cung cấp trong chế độ ăn uống.
2.3.3 Một số mơ hình khảo sát khả năng kháng oxy hóa2.3.3.1 Thử nghiệm khử sắt FRAP 2.3.3.1 Thử nghiệm khử sắt FRAP
Thử nghiệm FRAP đánh giá khả năng kháng oxy hóa của chất thử nghiệm bằng cách dựa vào sự khử ion Fe3+ thành Fe2+ ở pH thấp, với sự hiện diện của TPTZ
23
(tripyridyltriazin) tạo phức hợp sắt-tripyridyltriazin có màu xanh, hấp thu cực đại
ở bước sóng 593 nm. Giá trị FRAP thu được bằng cách so sánh sự thay đổi độ hấp thụ ở bước sóng 593 nm trong hỗn hợp phản ứng thử nghiệm với hỗn hợp chứa ion Fe3+ ở nồng độ đã biết. Mức độ tăng cường độ hấp thu ở 593 nm nói lên khả năng chống oxy hóa của chất thử nghiệm [85].
Hình 2.2 Phương trình thử nghiệm phương pháp phương pháp khử sắt (FRAP)
2.3.3.2 Thử nghiệm DPPH
Phương pháp thử nghiệm này được phát triển bởi Blois (1958) dựa trên phản ứng của các chất kháng oxy hóa với DPPH. Điện tử lẻ trên nguyên tử nitơ của DPPH bị khử khi nhận một nguyên tử hydro từ chất kháng oxy hóa, biến thành hydrazine tương ứng. Dung dịch DPPH có màu tím hấp thu cực đại ở bước sóng
519 nm, sau khi bị khử chuyển thành sản phẩm không màu. Mức độ làm giảm độ hấp thu của dung dịch DPPH nói lên mức độ kháng oxy hóa của chất thử nghiệm [86].
Hình 2.3 Phương trình phản ứng quét gốc tự do DPPH 2.3.3.3 Thử nghiệm ABTS.+
Phương pháp ABTS đánh giá khả năng kháng oxy hóa của các chất thử nghiệm bằng cách ngăn chặn sự tạo thành sản phẩm có màu xanh (lam hay lục) của muối ABTS (2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)). Sự giảm cường độ hấp thụ của dung dịch ABTS.+, hấp thu cực đại ở bước sóng 734 nm nói lên khả năng kháng oxy hóa của chất thử nghiệm [87].
24
Hình 2.4 Phương trình phản ứng quét gốc tự do ABTS.
+
2.3.3.4 Thử nghiệm ức chế xanthin oxidase
Trong cơ thể, xanthin oxidase đóng vai trị lớn trong việc sản sinh góc tự do, dưới tác dụng của enzyme, xanthin bị chuyển thành acid uric có bước sóng hấp thu cực đại ở 292 nm. Mức độ làm giảm hấp thu tại bước sóng 292 nm nói lên khả năng ức chế xanthin oxidase của chất thử nghiệm [88].
Hình 2.5 Phản ứng hình thành uric acid từ xanthin