自由基与生物学及医学的关系

© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 自 由 基 与 生 物 学 及 医 学 的 关 系 山 东省 烟 台师范学院生物 系 万军 利 自由基是游离存在的 、 带有不成对电子的 分子 、 原子或离子 。 需氧生物在其生物氧化过 程中也可产生一些与氧有关的 自由基 , 如超氧 自由基 ’ 、 经 自由基 · 和 过 氧 化氢 。 在生物体内 自由基虽不断 地 产生 , 但也不断地被清除 , 因此 , 其在体内的 浓度是极低的 。 在正常情况下 , 它们不仅不会 损仿机体 , 而且还与机体的某些生 理 机 能 有 关 , 如前列腺素的合成 、 胶原蛋白的合成 、 吞 噬细胞的杀菌作用等过程都需自由基的参与 。 反之 , 在某些病理情况下 , 当自由基的产生和 清除失去了平衡时 , 常会导致自由基对机体的 损伤 。 目前已知衰老 、 白内障 、 心血管疾病 、 癌症等许多疾病与自由基有关 。 因此 , 关于 自 由基及其与生物学 、 医学的关系 日益受到人们 的重视 , 该领域的研究进展也十分迅速 。 一 、 生物体 内自由基的产生 超氧 自由基 ’ 的产生 体内的许多酶促反应可产生 ’ 。 例 如 , 黄嚓吟氧化酶 、 醛氧化酶 、 辅酶 、 一细胞色素 。 。还原酶 、 二氢乳清酸脱氢酶 、 色氨酸双氧酶 、过氧化物酶等 。简要举例如下 黄 ’ 嗓岭 氧化酶 黄嗓吟 一 尿酸 十 还原型辅酶 氧化型细 胞 色 素 一 ”氧化型辅酶 十 还原型细胞色素 ’ 十 另外 , 体内的许多非酶反应也 产 生 ’ 。 例如 十 挤 “ 氧合血红蛋白 蛋白质一血红素一 ’十 一一 , ’ 十 高铁血红蛋 白 蛋 白 质一血红素一 十 经 自由基 · 的产生 在有 干和 存在的条件下 , 机体可 通过 以下反应产生 · 干 一一、 “ 十 · 过氧化氢 的产生 体内产生 的酶促反应较多 , 例 如 黄嚓吟氧化酶 黄嚓岭 、 尿酸 一氨基酸 一氨基酸氧化酶 。 —一 一 一 》酮酸 单胺氧化酶 胺类化合物 一 一 — 一卜 醛 类 十 超氧化物歧化 酶 ’ 十 一一 一 一 , 二 、 自由基对机体的损害 形成过氧化脂质而损伤细胞膜 众所周知 , 组成生物膜的磷脂分子中含有 多不饱和脂肪酸 , 在有 · 和 存在 时 , 可先形成烷 自由基 · , 而后形成烷过 氧基 · , ·再与 形成脂 质 过 氧化物 ① · 一一 · ② · 十 一 · ③ · 一 一 月旨质过氧化物 十 · 形成脂质过氧化物后可导致膜 结 构 被 破 坏 , 功能丧失 , 细胞死亡 。 损害核酸 、 蛋 白质等大分子 实验证明 自由基可导致 链的 断 裂 、 碱基缺失 , 从而发生突变 、 癌变 、 畸 胎 等 反 应 , 自由基也可使多伏链断裂 、 氨基酸发生化 午第 期 生物学教学 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 学变化 、 引起蛋白质交联 、 聚合 , 使细胞的生 理功能发生改变 。 三 、 体 内自由基的清除 酶系统对 自由基的清除 超氧化物 吱化酶 可催化 ’ 的 歧 化 厂 之 ’ 一一 , 生物体中 有 一 、 一 和 一 三种 , 三者都可催化 ’ 歧 化 为 和 。 但三种酶的分布不同 , 原核生物 通常含 一 和 一 , 真核生 物 的 胞浆含 一 线粒体含入 一 。 、 过氧化氢酶 过 氧 化 氢 酶 可 清 除 过氧化氢酶 一一一 十 过氧化氢酶存在于细胞的过氧化体内 , 某 些细胞器如线粒体产生的 可透过细胞器 膜进入胞浆 , 再进入过氧化体 , 最终被过氧化 氢酶清除 。 、 谷胧甘肤氧化物酶 一 一 能利用谷 肤 甘 肤 使 转变为 或 使 有 机 氢 过 氧 化 物 还原为 , 反应式如下 谷眺甘肤过氧化物酶 十 十 谷胧甘肤过氧化物酶 为氧化型谷眺甘肪 , 可在谷胧甘 肤 还原酶的作用下还原为 , 继续参 与 清 除 自由基的反应 。 、 抗氧化剂对 自由基的清除 生物体内有多种固有的抗氧化剂可以清除 自由基 。 、 注 是 一 的作用底 物 , 可 清 除 和 如前所述 。 、 维生素 维生素 是脂溶性维生素 , 在膜 中浓度较 高 。 它可以清除 ’ 。 单线态氧 自由丛的 一 类 和脂类过氧化物 。 、 抗坏血酸 抗坏血酸是还原剂 , 它可提供电子 , 被城 化为脱氢抗坏血酸 。 因此 , 它在体 内 可 清 除 一 、 · 、 单线态氧和脂类过氧化物 。 , 另外体内的尿酸 、 日胡萝 卜素 、 血浆铜蓝 蛋 白等都具有清除自由基的作用 。 四 、 生物体内自由基的利用 如前所述 , 自由机可损伤机体 , 这是其不 利的一面 , 但是它在机体的某些生理过程中仍 发挥着非常主要的作用 。 自由基与前列腺素的形成有关 。 前列腺素 是一类 由 个碳原子的不饱和脂肪酸组成的活 性物质 , 包括若干型 , 即 、 、 、 、 、 又分 和日两种构 型 、 、 和 。 它们共同来源于一 个 前 体 , 即花生四烯酸 。 参与花生四烯 酸 形 成 前 列腺素的酶很多 , 其中最重要的就是环氧化酶 也称前列腺素合成酶 。 目前已知 , 该酶的 合成及激活都需自由基的存在 。 而抗氧化剂则 可抑制前列腺素的合成 。 白由基参与了吞噬细胞的杀菌作用 。 血液 或组织液中的吞噬细胞 , 在防止外来微生物的 入侵方面发挥着重要作用 , 目前已知 , 当外来 微生物被吞噬细胞吞噬后 , 吞噬细胞就通过 自 身的酶系统来产 生 自 由 基 主 要 是 ’ 和 , 用它们杀死外来微生物 。 除此之外 , 自由基还与凝血酶原的合成 、 胶原蛋 白的合成 , 以及植物的光合作用 、 光呼 吸作用有关 。 五 、 自由基与疾病 、 老年性白内障 白内障是老年人的常见病 、 多发病 。 实验 证实 , 晶状体的氧化损伤是其发病的主要原因 之一 。 动物实验也发现 , 应用抗氧化剂维生素 可抑制白内障的形成 。 、 癌症 自由基与癌症的发生及治疗均有关 。 一方 生物学教学 年 第 期 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 关子生物医学工程的 研究与应用 山 东省 临沂教育学院生物 系 张秀华 生物医学工程主要是以工程学的观点 , 对 为了人体健康及疾病治疗进行的器官移植 、 人 工器官的制作与应用 、 医学实践中各种检测 、 治疗仪器的设计制造与应用等技术之总称 。 一 器官移植 器官移植是将正 常的组织 、 器官替换病变 的组织 、 器官的一种医疗技术 。 如植皮 、 换角 膜 、 替换骨髓 、 肾脏 、 心脏 、 肠 、 胃 、 肝脏等 移植技术 。 目前医学界除了病变的人脑不能替 换外 , 其他脏器均能通过外科手术进行移植 。 特别是 自 年以来随着低温生物学的产生与 发展 , 目前国内外都出现了器官银行 。 将正 常 的组织 、 器官 , 如皮肤 、 角膜 、 血管 、 神经 , 肾脏 、 心脏等等 、 放到 一 ℃的 液 氮 下 保 存 , 这给器官移植带来更大的方便 。 打破了时 间 、 地点等限制 , 从而提高了移植成功率 。 二 人工器官 所谓人工器官就是用人工制造的器械来代 替人体器官的制造与应用技术 。 也就是用人造 的 “ 器官 ” 代替真正的器官 , 行施器官的机能 。 人工器官及医用高分子材料的研究应用 , 是生物医学工程中令人瞩 目的领域之一 。 这方 面国外巳形成新兴产业 。 其中人工心瓣 、 人工 贰该滋蔽对落丽蘸福雨棘荻浦蔚砰 其在体内的代谢过程中产生了自由基 , 由它再 去损伤 所造成的多 另一方面 , 利用上述 原理 , 许多抗癌剂也是通过产生自由基来杀死 体内的癌细胞 , 达到抗癌的 目的 、 胃溃疡 自由基与多种动物实验性胃溃 疡 发 病 有 关 。 研究发现 , 在胃溃疡发病过程中 , 胃粘膜 自由基清除酶 — 活性下降 , 抗 氧 化 剂 含量下降 , 而脂质过氧化物含量 升 高 。 应用自由基清除剂 如 等 则可抑制胃溃 疡的发生 , 也抑制 活性的下降和脂质过氧 解脏辅助装置 、 人工肾的研究都很活跃 。 人主 心瓣及人工肾已成商品上市 。 仅美国每年就有 必人作人工心瓣置换手术 , 占心脏外 科 手 术人数的 、 使大量患风湿性心脏病病 人恢复了健康 。 人工肾的广泛应用 , 使慢性肾 功能衰竭的病人可 以赖之存活 。 人工肝脏辅助 装置 , 可 以有效地代替肝脏部分功能 , 使急性 重度肝功能衰竭及严重晚期肝病所引起的肝昏 迷患者度过危险期而有康复的可能 。 至于用陶 瓷 、 不锈钢 、 有机高分子材料等代替骨骼 , 制 造假肢 , 给肢残病人带来方便 , 免除病人痛苦 就不必多谈了 。 我国在人工器官方面也在积极研究 , 取得 了一些成绩 。 并造建了一些如假肢厂等工厂 。 随着科技的进步 , 相信人工器官在我国也会形 成新兴产业 。 三 医疗器械的制造与应用 医疗器械的设计 、 制造与应用是生物医学 工程的一个组成部分 。 医学与其他科学一样 , 发展的快慢与其仪器 、 技术水平有 着 密 切 关 系 。 随着 光机 、 心电图机 、 脑电图机 超声 波扫描机 、 冷冻治疗机 、 激光手术刀 , 各种分 析仪等医疗器械的问世及应用 , 无疑对医学的 发展是个推动 。 它在当前医学上的作用 , 无论 是诊断和治疗都是不言而喻的 。 根据社会需要 、 科技进步 , 医疗器械的设 计 、 制造与应用更会加强 , 会有更多更好的新 仪器 、 新技术应用于医学界 。 石瘫蔺的并篙厂 —一一 ——、 自由基与衰老 机体的衰老是一个复杂的过程 。近年来衰老 的 自由基学说愈来愈受到人们的重视 。 实验证 明 , 机体衰老时 , 机体清除自由基的能力减弱 , 从而使 自由基在体内增多 , 过剩的 自由基引起 组织细胞生物大分子物质结构的变化或破坏 , 损伤正常组织细胞 , 这样组织器官的机能发生 紊乱及障碍 , 表现出各种衰老的特征 。如 给动物 应用 自由基的清除剂可明显减慢衰老的速度 。 另外 , 自由基还与炎症 、 辐射损伤 、 糖尿 病 、 肺气肿及精神病等多种疾病的发病有关 。 年 第 期 生物学教学