Page 153 - 第九版生物化学

138 第二篇物质代谢及其调节

复合体 III 中通过 Q 循环传递电子，接受单电子的 QH° 在内膜中自由移动，通过非酶促反应直接将单

电子泄涌给 02 而生成 o;. 。 呼吸链末端的细胞色素 c 氧化酶从金属离子每次转移 1 个电子、通过 4

步单电子转移将氧彻底还原生成水，也会有少量氧接受单电子或双电子而生成 o; . 和 H202 0
除呼吸链外，细胞质中的黄嗦呤氧化酶、微粒体中的 Cyt P450 氧化还原酶等催化 腺反应 ，需要辄汴ky,2018

为底物，也可产生 o ; . 。 但这些酶产生的 ROS 远低于线粒体呼吸链 。 另外，细菌感染 、 组织缺氧等病
理过程，电离辐射 、 吸烟 、 药物等外源因素也可导致细胞产生大量的 ROS 。

ROS 通过不同的方式释放到线粒体基质、膜间隙及细胞质等部位，对细胞的功能产生广泛的 影
响 。 少量的 ROS 能够促进细胞增殖等，但 ROS 的大量累积会损伤细胞功能、甚至会导致细胞死亡 。
例如，线粒体基质中的顺乌头酸酶，其 Fe -S 易被 o; . 氧化而丧失功能，直接影响三狻酸循环的功能 。
o;. 可迅速氧化一氧化氮 (NO) 产生过氧亚硝酸盐 (ONoo - , 也属于 ROS), 后者能使脂质氧化、蛋白质
硝基化而损伤细胞膜和膜蛋白 。 轻自由基等可直接氧化蛋白质 、 核酸，进而破坏细胞的正常结构和功
能 。 线粒体一方面通过消耗氧用于产生 ATP 供能，另一方面也会产生 ROS 而损伤自身及细胞等 。 因
此，生物进化巳使机体发展了有效的抗氧化体系及时清除 ROS, 防止其累积产生有害影响 。

三、抗氧化酶体系有清除反应活性氧的功能

体内存在的各种抗氧化酶 、 小分子抗氧化剂等，形成了重要的防御体系以对抗 ROS 的副作用 。
广泛分布的超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase, SOD) , 可催化 l 分子 o;. 氧化生成 02' 另一分
子 o; . 还原生成 H2 02 ,2 个相同的底物歧化产生了 2 个不同的产物：

20z. +2W - 比02 + 0 2

哺乳动物细胞有 3 种 SOD 同工酶，在细胞质中的 SOD, 其活性中心含 Cu/Zn 离子，称 Cu/Zn-
SOD; 线粒体中的 SOD 活性中心含 Mn2+, 称 Mn -SOD 。 SOD 是人体防御内 、 外环境中超氧离子损伤的
重要酶 。 Cu/Zn-SOD 基因缺陷使 o;. 不能及时清除而损伤神经元，可引起肌萎缩性侧索硬化症等
疾病 。

生成的 H202 可被过氧化氢酶 (catalase) 分解为 H20 和 02 。过氧化氢酶主要存在于过氧化酶体 、
细胞质及微粒体中，含有 4 个血红素辅基，催化活性强，每秒种可催化超过 40 000 底物分子转变为产
物 。 其催化反应如下 ：

2H20 2 ? 2H20 + 02

H丸有 一定 的生理作用，如在粒细胞和吞噬细胞中， H202 可氧化杀死入侵的细菌；甲状腺细胞中
产生的 H202 可使 21 一氧化为 l2, 进而使酪氨酸殡化生成甲状腺激素 。

谷胱甘肤过氧化物酶 (glutathione peroxidase , GPx) 也是体内防止 ROS 损伤不可缺少的酶，可去除
H202 和其他过 氧 化物类 (ROOH) 。 在细胞胞质、线粒体以及过氧化酶体中， GPx 通过还原型的谷胱甘
肤将 H202 还原为 H20, 将 ROOH 转变为醇，同时产生氧化型的谷胱甘肤 。 它催化的反应如下：

H202 + 2GSH) 2H20 + GS-SG
2GSH + ROOH) GS-SG + H20 + ROH

氧化型 GS-SG 经谷胱甘肤还原酶催化，由 NADPH+W 提供 2H, 再转变为还原型的 GSH 。 还原型

的 GSH 也发挥抗氧化作用，抵抗活性氧对蛋白质中琉基的氧化 。
体内其他小分子自由基清除剂有维生素 C 、 维生素 E 、 ~-胡萝卜素等，它们与体内的抗氧化酶共同

组成人体抗氧化体系 。