自由基生物学PDF电子书下载

第一部分　基础知识 3

1 自由基的定义与特性 3

1.1 自由基的定义及特性 3

1.2 自由基在体外的生成 5

1.2.1 加热产生自由基 5

1.2.2 电磁辐射产生自由基 5

1.2.3　氧化还原过程产生自由基 6

1.3 自由基的化学反应 6

1.4 与自由基有关的疾病及农业问题 6

参考文献 8

2 活性氧 9

2.1 活性氧的种类 9

2.2 活性氧在细胞器中的产生 11

2.2.1 线粒体电子传递链产生？ 11

2.2.2 微粒体产生？ 14

2.2.3 过氧化物酶体产生H2O2 15

2.2.4 细胞膜产生？ 15

2.2.5 植物光合电子传递链产生的？ 15

2.3　在代谢过程中产生的活性氧 15

2.3.1　？的产生 15

2.3.2 ？的产生 16

2.3.3 H2O2的产生 17

2.3.4　1O2的产生 18

2.4 活性氧的性质 18

2.5 活性氧对生物分子的损伤 19

2.5.1 不饱和脂肪酸 19

2.5.2　蛋白质 21

2.5.3 糖类 22

2.5.4 核酸 24

2.6 生物分子受损后产生更多的活性氧 24

参考文献 25

3 活性氮、活性卤及其与活性氧的相互作用（兼论气体生物学） 27

3.1 ？的性质 28

3.1.1 ？的自由基特征 28

3.1.2 理化性质 28

3.2 ？的合成和一氧化氮合酶 29

3.2.1　体内合成 29

3.2.2　一氧化氮合酶 29

3.2.3 对？生成的调控 30

3.3 硝化胁迫 31

3.4 RNS与ROS的相互作用 32

3.5 ？的信号传导和对细胞因子调节的作用 34

3.5.1 ？的信号传导功能 34

3.5.2 ？对细胞因子的调节作用 34

3.6 活性氮、活性氧和活性卤的相互作用 35

3.7 ？、CO和H2S三种气态递质的相互作用 37

参考文献 40

4 对活性氧的防御 45

4.1 线粒体防御系统 45

4.1.1 细胞色素氧化酶使氧直接还原成水 45

4.1.2 线粒体的其他防御系统 45

4.2 抗氧化酶 50

4.3　抗氧化剂（清除剂） 52

4.3.1 内源性抗氧化剂 52

4.3.2 外源性抗氧化剂 54

4.3.3 间接抗氧化剂 55

4.4 氧化性损伤的修复 56

4.4.1 蛋白质的降解和修复 56

4.4.2 DNA的降解和修复 57

4.4.3 脂质的降解和修复 57

4.5 凋亡 57

4.6 抗氧化剂的特性和相互作用 57

4.6.1 各施所长，互相配合 58

4.6.2 互相代偿以维持总抗氧化能力恒定 59

4.6.3 自由基稳衡性动态和氧化胁迫 59

4.6.4 过度防御的危害 60

4.6.5 抗氧化能力的诱导反应 60

4.6.6 一些抗氧化剂也起促氧化作用 60

4.6.7 正确评价抗氧化疗法 61

4.6.8 营养素与抗氧化能力的关系 62

4.6.9 抗氧化能力的量化 62

参考文献 65

5 植物多酚类抗氧化剂 71

5.1 植物多酚类的种类及作用 71

5.1.1 多酚类的种类 71

5.1.2 多酚类的抗氧化作用 72

5.2 茶多酚 72

5.2.1 茶多酚对自由基的清除作用 72

5.2.2 茶多酚防护DNA氧化性损伤 74

5.2.3 茶多酚的抗癌作用 74

5.2.4 茶多酚对神经系统疾病的防治作用 75

5.2.5 茶多酚的减肥作用（见14.4） 75

5.3 葡萄的多酚类 75

5.3.1 白藜芦醇 75

5.3.2　原花青素 76

5.4 非食物来源的多酚类 77

5.4.1 松树皮的多酚类 77

5.4.2 蜂制品的多酚类 78

参考文献 80

6 活性氧调控信号传导、基因表达和细胞功能 85

6.1 氧化还原敏感的信号传导通路 85

6.1.1 Ca2+信号通路 86

6.1.2 cGMP信号通路 86

6.1.3 蛋白磷酸化信号通路 87

6.2 氧化胁迫、GSH、GSH/GSSG平衡与信号传导 89

6.2.1　GSH的合成与它的氧还循环 89

6.2.2 GSH及γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的调控 90

6.2.3 GSH/GSSG平衡对信号传导的调节 90

6.3 NADPH氧化酶介导的活性氧在信号传导中的作用 91

6.3.1 吞噬细胞NADPH氧化酶与信号传导 91

6.3.2 非吞噬细胞NADPH氧化酶与信号传导 92

6.3.3 植物NADPH氧化酶与信号传导 92

6.4 活性氧在信号传导中的作用机制 93

6.4.1 细胞内氧化还原状态的改变 93

6.4.2 蛋白的氧化修饰 94

6.5 活性氧调控基因转录 96

6.5.1 H2O2激活转录因子NF-kB 96

6.5.2 活性氧激活转录因子AP-1 98

6.5.3 活性氧激活转录因子AP-2 99

6.5.4 活性氧调控转录因子HIF-1 99

6.5.5 p53的氧化还原调控 100

6.5.6 小结 100

6.6 活性氧调控组蛋白乙酰化 101

6.6.1 活性氧和组蛋白乙酰化在炎症基因转录中的作用 101

6.6.2 氧化胁迫促进组蛋白乙酰化 102

6.6.3 氧化胁迫下调组蛋白乙酰化 104

6.7 活性氧调控基因表达 105

6.7.1 GSH在调控促炎症基因和抗氧化保护基因中的作用 105

6.7.2 H2O2调控OxyR及其下游基因 106

6.7.3 活性氧调控SoxR及其下游基因 106

6.7.4 缺氧调控Fnr及其下游基因 107

6.7.5 活性氧调控rpoS基因及其下游基因 107

6.7.6 金属硫蛋白和MTF-1防御氧化胁迫 107

6.7.7 Nrf2-ARE通路与相关基因表达 107

6.8 氧化胁迫调控线粒体基因表达 108

6.9 氧化胁迫相关性疾病与基因表达异常 108

6.10 活性氧调控细胞功能 108

6.10.1 活性氧调控细胞增殖 109

6.10.2 活性氧调控细胞分化 111

6.10.3 活性氧调控细胞凋亡 112

6.11 总结 112

参考文献 113

7 生殖发育与自由基 123

7.1 活性氧对精子结构与功能的影响 123

7.1.1 精液中ROS的产生 123

7.1.2 精液对ROS的防御 123

7.1.3 适量ROS/RNS确保精子生理功能 123

7.1.4 过量ROS危害精子功能 124

7.1.5 抗氧化剂在医学及农业生产中的应用 126

7.2 活性氧对雌性生殖的影响 127

7.2.1 活性氧的产生及防御 127

7.2.2　ROS使卵泡闭锁 128

7.2.3　ROS参与黄体萎缩和溶解 128

7.2.4 ROS与胚胎和新生儿发育 129

7.3 NO在生殖发育中的作用 129

7.3.1 NO保障男性生育力 129

7.3.2 NO调节雌性生殖活动 130

参考文献 131

8 活性氧对DNA的损伤及其修复 136

8.1 DNA的损伤方式 136

8.2　DNA损伤的后果 138

8.3　DNA损伤的酶性修复 138

8.3.1 切除修复 138

8.3.2 重组修复 140

8.3.3 SOS修复 140

8.3.4　错配修复 140

8.4　DNA损伤的非酶性修复 141

8.4.1 非酶性修复的化学反应 141

8.4.2 非酶性修复的确证 143

8.4.3 非酶性修复的机制 143

参考文献 147

9 蛋白质自由基及其催化作用 150

9.1 概述 150

9.1.1 蛋白质中的氨基酸自由基 150

9.1.2 氨基酸和修饰氨基酸自由基的生成 151

9.1.3 酶催化中产生的蛋白质自由基的共性 153

9.2　核苷酸还原酶 154

9.2.1 Ⅰ类核苷酸还原酶 154

9.2.2 Ⅱ类核苷酸还原酶 155

9.3 丙酮酸甲酸裂合酶 158

9.3.1 甘氨酰自由基的生成 159

9.3.2　催化机制 159

9.4 细胞色素c过氧化物酶 161

9.4.1　CcP中的高铁血红素／色氨酸阳离子自由基 162

9.4.2 色氨酸自由基在电子传递中的可能作用 163

9.5 前列腺素H合酶 163

9.5.1 结构中的外露酪氨酸残基 164

9.5.2 酪氨酸自由基的生成及其在催化中的作用 164

9.6　半乳糖氧化酶 166

9.6.1 半乳糖氧化酶的不同氧化还原状态 166

9.6.2　结构中被半胱氨酸修饰的酪氨酸残基 167

9.6.3 催化机制 167

9.7 醌蛋白 168

9.7.1 铜依赖的胺氧化酶 169

9.7.2 甲胺脱氢酶 172

9.8　其他酶催化过程中产生的蛋白质自由基 175

9.8.1 牛肝过氧化氢酶 175

9.8.2　DNA光修复酶 175

9.8.3 多巴胺β加氧酶 175

参考文献 178

第二部分 自由基医学 187

10 癌与自由基 187

10.1 致癌物和促癌物必须变成自由基后才起作用 187

10.1.1 多环芳烃类 187

10.1.2 芳胺和偶氮染料类 188

10.1.3 硝基及亚硝基类 189

10.1.4 激素类 190

10.1.5 促癌物 190

10.2 活性氧引起细胞癌变 190

10.2.1 金属离子生成活性氧致癌 190

10.2.2 慢性炎症生成活性氧致癌 191

10.2.3 活性氧损伤DNA而致癌 191

10.2.4 活性氧使染色体不稳定而致癌 192

10.2.5 活性氧调控原癌基因和抑癌基因 192

10.2.6 活性氧参与癌侵袭、转移和血管生成 193

10.2.7　癌细胞和癌病人都遭受氧化胁迫 196

10.3 减轻氧化胁迫以防癌 197

10.3.1　SOD促进癌细胞分化 197

10.3.2 抗氧化剂防癌 197

10.3.3 快速修复DNA损伤使 癌逆转 198

10.3.4 限食和运动防癌 199

10.3.5　ROS抑制端粒酶使癌细胞停止分裂 199

10.4 活性氧也起抗癌作用 200

10.4.1 抗癌药产生大量ROS杀癌 200

10.4.2 活性氧使癌细胞分化和凋亡 200

10.5 活性氮与癌 201

10.5.1 活性氮的致癌作用 201

10.5.2　低浓度活性氮的杀癌作用和阻止转移作用 201

10.5.3 活性氮促进癌细胞分化 203

参考文献 203

11 衰老与自由基 211

11.1 活性氧是衰老的决定性因素 211

11.1.1 活性氧促衰 211

11.1.2 抗氧化能力过弱而致衰 212

11.1.3 衰老时核酸、蛋白质和脂质的氧化性损伤加剧 212

11.1.4 决定寿命的基因与其防御活性氧的能力有关 215

11.2 强抗氧化能力延寿 216

11.3　延寿的有效措施 218

11.3.1 外加抗氧化剂延寿 218

11.3.2　保护线粒体以加强抗氧化能力 218

11.3.3 降低耗氧量延寿——合理锻炼 219

11.3.4 限食缓解氧化胁迫而延寿 221

11.4 妇女抗氧化力强所以高寿 222

11.5 活性氧与老年性疾病 223

11.5.1 活性氧引起脑老化 223

11.5.2　老年痴呆 223

11.5.3 早老性痴呆 224

11.5.4 帕金森氏病 224

11.5.5 白内障 224

11.5.6 糖尿病 225

11.5.7 动脉粥样硬化 225

11.5.8　皮肤老化 225

参考文献 227

12 病毒感染与自由基 235

12.1 自由基与病毒感染 235

12.2 自由基与RNA病毒感染 236

12.2.1 RNA病毒感染后宿主细胞产生自由基 236

12.2.2 RNA病毒感染使宿主细胞遭受氧化胁迫 236

12.2.3　氧化胁迫促进病毒感染 236

12.2.4 抗氧化剂治疗RNA病毒感染 237

12.3 自由基与DNA病毒感染 237

12.3.1 DNA病毒感染后宿主细胞产生自由基 237

12.3.2 DNA病毒感染使宿主细胞遭受氧化胁迫 237

12.3.3 抗氧化剂治疗DNA病毒感染 237

12.4 自由基与反转录病毒感染 238

12.4.1 反转录病毒感染后宿主细胞产生自由基 238

12.4.2 反转录病毒感染使宿主细胞遭受氧化胁迫 238

12.4.3 自由基对反转录病毒的作用 238

12.4.4 抗氧化剂治疗反转录病毒感染 239

参考文献 239

13 毒品依赖与自由基 242

13.1 海洛因在体内的代谢 242

13.2 海洛因成瘾机制 242

13.2.1 成瘾的受体机制 242

13.2.2 成瘾的神经递质机制 243

13.3 阿片类毒品与活性氧的关系 243

13.3.1 阿片类毒品诱发活性氧生成 243

13.3.2 阿片类毒品使机体抗氧化能力下降 244

13.3.3 阿片类毒品诱发全面的氧化性损伤 244

13.3.4 抗氧化剂缓解毒品依赖和戒断症状 245

13.4 阿片类毒品与活性氮的关系 246

参考文献 247

14 肥胖与自由基 249

14.1　肥胖引起氧化胁迫 249

14.2　肥胖引起硝化胁迫 251

14.2.1 肥胖降低机体NO的生成和生物利用度 251

14.2.2 肥胖上调eNOS的表达 252

14.2.3 肥胖引起硝化胁迫 253

14.3　肥胖相关疾病与活性氧有关 253

14.3.1 心血管疾病 253

14.3.2 高血压 254

14.3.3 胰岛素抵抗和2型糖尿病 254

14.3.4 癌症 255

14.3.5　衰老 255

14.4　减肥和限食都可缓解肥胖所致氧化和硝化胁迫 256

14.5　抗氧化剂减肥 258

参考文献 258

15 缺血再灌性损伤的自由基机制 260

15.1 与ROS的关系 260

15.2 与RNS的关系 262

15.2.1 NO降低ROS引起的白细胞的黏着和募集 262

15.2.2 NO改善内皮屏障功能紊乱 262

15.2.3 NO改善心肌损伤 263

15.2.4 NO的保护机制 263

15.3　缺血再灌损伤的防治 264

15.3.1　缺血预处理 264

15.3.2　缺血后处理 265

15.3.3　抗氧化疗法 265

参考文献 265

第三部分 自由基农学 269

16 植物活性氧的产生及防御 269

16.1 活性氧在植物中的产生 269

16.1.1 光合系统产生活性氧 269

16.1.2 非光合系统产生活性氧 270

16.2　植物对活性氧的特有防御机制 271

16.2.1 彻底防止活性氧的生成 271

16.2.2 抗氧化酶 271

16.2.3　植物线粒体解偶联蛋白 273

16.2.4 抗氧化剂 273

16.3　植物活性氧的作用 274

16.3.1 有益作用 274

16.3.2 有害作用 274

16.4　植物对活性氧的调控网络 275

16.4.1 正常条件下的调控网络 275

16.4.2 逆境条件下的调控网络 276

16.5　植物一氧化氮 276

16.5.1 功能 276

16.5.2 来源 276

参考文献 278

17 植物逆境胁迫与抗逆性 281

17.1 逆境诱导活性氧产生 281

17.2　逆境中活性氧的保护作用 282

17.2.1 活性氧调控抗性基因 282

17.2.2 活性氧诱导性地提高抗逆性 282

17.2.3 活性氧的信使作用 282

17.3　逆境中活性氧的损伤作用 283

17.3.1 对细胞器的损伤 283

17.3.2 对ROS防御系统的双相作用 284

17.4　提高抗氧化能力以提高抗逆性 284

17.5 逆境胁迫与NO 285

参考文献 285

18 植物遭病原菌侵染后产生活性氧 288

18.1　植物遭病原菌侵染后活性氧的产生 288

18.2　侵染中活性氧的产生机制 288

18.2.1 活性氧的产生部位和参与的酶 288

18.2.2 活性氧产生的信号调控途径 289

18.3 活性氧在植物防卫中的作用 289

18.3.1　参与过敏反应 289

18.3.2 直接杀伤病原菌 290

18.3.3 强化细胞壁 290

18.3.4　合成植保素 290

18.3.5　调控防卫基因表达 291

18.4　三种疾病实例 291

18.4.1 马铃薯晚疫病 291

18.4.2　稻瘟病 292

18.4.3 细菌病害中的过敏反应 292

参考文献 292

常用缩略词 295

索引 297