Tài liệu Sự oxy hóa và hệ thống chống oxy hóa trong cơ thể pot

Nguyên nhân hình thành các gốc tự do có 3 kiểu gốc tự do Kiểu phản ứng oxy hóa: ROS Reactive Oxygen Species Kiểu phản ứng nitrogen: RNS Reactive Nitrogen Species Kiểu phản ứ

Sự oxy hóa và

hệ thống chống oxy hóa

trong cơ thể

(Oxidation & Antioxidant System in body)

PGS.TS Dương Thanh Liêm

Bộ môn Dinh dưỡng Trường Đại học Nông Lâm

TP Hồ Chí Minh

Nguyên nhân hình thành các gốc

tự do (có 3 kiểu gốc tự do)

Kiểu phản ứng oxy hóa: ROS (Reactive Oxygen Species)

Kiểu phản ứng nitrogen: RNS (Reactive Nitrogen Species)

Kiểu phản ứng lưu hùynh:RSS (Reactive Sulfur Species) Thiyl

Nguyên nhân hình thành các gốc tự do:

- Oxi hóa sinh ra bởi các kiểu phóng xạ, tia-X và tia tử ngoại sản sinh ra

gốc hydroxyl thiếu electron, trở thành gốc tự do

- Các sóng như: sóng điện từ, sóng siêu âm, microwave cũng có thể tạo

ra các kiểu phản ứng oxy hóa (chưa được nghiên cứu kỹ)

- Các yếu tố gây stress mạnh cũng có thể tạo ra các gốc tự do thiếu

electron.

Sự hình thành gốc tự do oxygen

http://www.harford.edu/faculty/sschaeffer/Nutrition8.ppt

Điện tử lẻ Oxygen bình thường Oxygen không bình thường

Gốc tự do

Video Clip 2: Cơ chế hình thành gốc tự do Free Radical FR

Các kiểu gốc tự do (Free radicals)

sinh ra trong cơ thể

Kiểu phản ứng nitrogen (RNS) :

Thiyl radical (oxy hóa GSH):

Oxygen phân tử có thể khử nước Bước trung gian sự khử của

oxygen là tạo thành gốc anion superoxide, gốc hydrogen peroxide và hydroxyl Tương ứng với những bước đó là sự mất lần lượt từ một,

NO

GS

●

●

Peroxynitrile (RON)

Hợp chất này được tạo nên từ oxid nitric và

superoxide.

. NO + . OO-

Nitric superoxide peroxynitrite

(Gốc tự do rất độc hại)

Hợp chất selen hữu cơ cấu tạo nên enzyme

Glutathion peroxydase phản ứng rất có hiệu quả với peroxynitrile để diệt gốc tự do này.

Peroxynitrile

Gốc tự do oxygen sinh ra do hô hấp Gốc tự do peroxyl

Gốc tự do Hydroxyl

Sự hình thành

gốc tự do oxygen

Nguyên nhân hình thành các gốc tự do

(Formation of Free Radicals)

Có nhiều quá trình trao đổi chất có phản

ứng oxy hóa, từ đây có thể tạo thành các gốc tự do.

Sự ô nhiễm môi trường Tia cực tím và các tia phóng xạ

Khói thuốc lá, khói nhà máy ô nhiễm không khí

Viêm nhiễm sinh ra những chất độc hại Hoạt động trao đổi chất sinh ra những chất độc hại

Nguyên nhân hình thành các gốc tự do

1 Tia cực tím

2 Tia phóng xạ 3 Khói thuốc lá

4.Ô nhiễm không khí

5 Bệnh viêm nhiễm

6 Hoạt động trao đổi chất

1 ngày có trên 74.000 vụ tổn thương DNA

Những tác hại của các gốc tự do

Gốc tự do gây thương tổn:

1 Màng tế bào gây thương tổn tế bào

2 Thương tổn Low-density lipoproteins (LDLs)

3 Thương tổn Protein chức năng trong tế bào

4 Làm hư hại chất liệu di truyền (DNA)

5 Gây ra bệnh tật do các mô tế bào thương tổn

Gốc tự do tấn công làm hư màng tế bào

Tế bào niêm mạc ruột chịu tác động của

gốc tự trong thức ăn trước tiên

Gốc tự do

SOD

Gốc tự do làm hư hỏng tế bào thần kinh vận động

Catalase

Sự tổn thương DNA

DNA của tế bào bị tổn thương nhiều nhất vẫn là

do quá trình oxi hóa, quá trình thủy phân

(hydrolysis), quá trình kiềm hóa (alkylation), sự bức xạ hoặc các hóa chất độc hại Sự gây

thương tổn trực tiếp làm cho khoảng 3 tỷ gốc

base gãy đứt liên kết diester-phospho trong DNA trên vị trí gốc kiềm

Kết quả gây ra đột biến gen làm lệch lạc, sản

xuất protein không bình thường Từ đó nó không kiểm soát được sự phát triển tế bào, gây ra nhiều chứng bệnh mà trong đó ung thư là nguy hiểm

nhất

Những nhân tố gây hư hại DNA

Độ dài sóng bức xạ khác nhau, mức độ khác nhau

Bức xạ ion hóa như tia gamma rays và tia x-rays

Tia tử ngoại, đặc biệt là tia UV-C rays (~260 nm), tia này được DNA hấp phụ rất mạnh, nhưng cũng như thế với bước sóng dài hơn như tia UV-B, tia này có thể xuyên qua lớp khí ozone

Oxygen phản ứng oxy hóa sản sinh ra gốc tự do trong quá trình hô hấp của tế bào bình thường như là con

đường chuyển hóa hóa học khác.

Hậu quả của tổn thương DNA

Gây đột biến gen do ROS/RON dẫn đến ung thư theo các cơ chế sau đây:

1 Làm thay đổi cấu trúc các gốc kiềm trong DNA, thay đổi trình tự, mất đi trật tự cũ, lồng vào

trình tự mới hoặc kéo dài chuỗi ra.

2 Ảnh hưởng lên nguyên sinh chất tế bào, tạo nên các phân tử lạ, từ đây truyền tín hiệu lệch lạc cho nhân tế bào, làm thay đổi hoạt động DNA.

3 Hoạt động điều chỉnh tổng hợp protein và gen để đáp ứng lại stress không còn như là 1 gen bình

thường (gen điều hòa biệt hóa và gây chết theo lập trình của tế bào– apoptosis), gây ra hiện

tượng đột biến gen.

Những thương tổn khác

4 Gãy đứt “xương sống” DNA:

 Có thể giới hạn đứt đơn 1 bên của 2 dãy (a single-stranded break (SSB) hoặc

 Cả 2 dây của DNA đều đứt (a double-stranded break (DSB).

5 Do bức xạ ion hóa xảy ra nhanh, gây một số gốc hóa học bị rớt ra

6 Liên kết chéo – Có thể 2 gốc kiềm liên kết với nhau:

 Trên cùng sợi DNA ("intrastrand") hoặc

 Trên 2 sợi DNA với nhau ("interstrand").

7 Một vài loại thuốc trị ung thư được sử dụng có tác

dụng liên kết chéo DNA để gây chết tế bào ung thư.

Vị trí Apyrimidinic

Gãy đứt dây đơn

Gãy đôi 2 dây

Liên kết chéo DNA–DNA Liên kết nhị trùng Pyrimidine

Quá trình oxy hóa xảy ra ở đâu?

Sự oxy hóa xảy ra trong ty lạp

thể (Mitochondria) nhiều hơn ở

trong nhân DNA

Trong nội bào, điện tử trong

Mitochondrial chuyển vận tạo

thành gốc tự do trong kiểu

phản ứng oxy hóa ROS

Phòng bằng cách giảm thấp

tiêu thụ năng lượng hoặc tìm

cách ức chế gốc tự do.

Fe ++ và Cu ++ có liên quan kích

thích phản ứng oxy hóa ROS

để tạo gốc tự do.

Membranes

Enzymes

Scientific American, Dec 1992

Nhân tế bào

Các kiểu oxy hóa khác nhau

trong cơ thể

Phân nửa cuộc sống sinh vật là các kiểu phản ứng oxy hóa sinh năng lượng, phân nửa còn lại là các kiểu chống oxy hóa để bảo vệ tế bào cơ thể Cho đến nay người ta vẫn chưa hiểu một cách đầy đủ các kiểu chống oxy hóa trong cơ chế phòng thủ của cơ thể để tránh tác hại của gốc tự do.

Phản ứng oxy hóa mạnh nhất, nhiều nhất và rộng lớn nhất là phản ứng với oxygen, tạo ra các gốc tự do hydroxyl (OH ●); )

phản ứng này bị giới hạn ở một số vị trí phát sinh trong tế bào

Ngược lại một số gốc tự do peroxyl (H 2 O 2) tương đối ổn định

hơn gốc hydroxyl, vì thế nó được coi là chất oxy hóa thứ cấp̀

Những phân tử này được chuyển đến một số vị trí để tiếp tục oxy hóa các polymer hữu cơ trong cơ thể.

Stress oxy hóa là gì?

Là sự mất cân bằng giữa quá trình oxy hóa và quá trình chống oxy hóa , nó có xu hướng nghiêng về quá trình oxy hóa, sinh ra nhiều gốc tự do, từ đó gây tổn thương tế bào cơ thể – sự mất cân bằng

Chống oxy hóa (Antioxidant) là quá trình phòng

hóa:

Những bệnh tật có liên quan đến sự tàn phá của gốc tự do

Hậu quả của stress oxy hóa gây ra kiểu bệnh tật cho cơ thể

mãn tính

Sự lão hóa cơ thể là sự mất cân bằng giữa

quá trình oxy hóa và quá trình chống oxy hóa

Lúc còn trẻ quá trình chống oxy hóa rất mạnh, bảo vệ tốt tế bào.

Lão hóa = Oxy hóa > Chống oxy hóa

Chiến lược tự nhiên trong phòng ngừa, ngăn chặn

và sửa chữa lỗi do

stress oxy hóa

Chu trình hình thành gốc tự do liên tục và sự chống oxy hóa liên tục diễn ra trong cơ thể

Các kiểu phản ứng chống oxy hóa

Chống oxy hóa sơ cấp (Primary Antioxidants):

Là quá trrình phá vỡ ngay từ đầu chu trình oxy hóa bằng cách lấy đi các gốc tự

do Những hợp chất này được gọi là chất chống oxy hóa sơ cấp, nó là các hợp chất polyphenol và các amin thơm, những hợp chất nhạy cảm này “

chất polyphenol và các amin thơm, những hợp chất nhạy cảm này “hy sinh thân mình” để bẽ gãy chuổi phản ứng oxy hóa, do đó làm thay đổi màu các amin

thơm, làm cho phenol mất hydrogen Phenol tái sử dụng lại được, nhưng các amin thơm thì không Chống oxy hóa sơ cấp là quá trình bắt giữ, dọn dẹp,

trung hòa các gốc tự do không cho nó phản ứng với các hợp chất sinh học của

cơ thể.

Chống oxy hóa thứ cấp (Secondary Antioxidants):

Là quá trình chống oxy hóa phòng ngừa (Preventative Antioxidants), nó phá vỡ liên tục chu trình oxy hóa bằng cách ngăn ngừa hoặc ức chế sự hình thành các gốc tự do từ các hợp chất hóa học không ổn định Cơ chế phòng ngừa quan trọng nhất của nó là phân hủy H 2 O 2 (hydroperoxide) bằng cách biến đổi thành H2O ổn định, không còn hoạt động oxy hóa nữa

Những hợp chất Phosphite hoặc phosphonite, những hợp chất có chứa sulphur hữu cơ và dithiophosphonate được sử dụng nhiều nhất với cơ chế hoạt động như là công cụ enzyme để khử peroxide như: Supperoxid dimustase

(SOD), Catalase, Glutathion peroxidase

Phương thức phòng thủ chống oxy hóa của cơ thể

Ba mức độ chống oxy hóa phòng thủ của

cơ thể:

➀ Ức chế quá trình sản xuất ra nhiều các gốc tự do RONS trong cơ thể, oxy hóa

nitrogen

➁ Bắt giữ, dọn dẹp và trung hòa các gốc tự

do sinh ra trong cơ thể do quá trình oxy hóa.

➂ Sửa chữa những phân tử hữu cơ sinh học bị hư hỏng do các gốc tự do gây ra.

1 Chiến lược phòng ngừa bằng

cơ chế vật lý để giảm tác hại

 Bảo vệ tế bào tránh sự tấn công của các gốc tự do có thể bởi các sắc tố đặc biệt:

Ví dụ như melanin có thể tránh được bức xạ tử ngoại, hoặc các sắc tố thuộc carotenoid có thể loại trừ điện tử tự do như đối với oxygen nguyên tử Nhưng đây không phải là chiến lược

phòng ngừa hoàn thiện.

 Lớp tế bào màng nhầy ruột chống sự hấp thu các gốc tự do:

Lớp màng nhầy niêm mạc phản ứng với hợp chất trung gian và những chất lạ xâm nhập, nó tích tụ sản phẩm oxy hóa có hại ở đây và thải ra ngoài không cho nó tấn công gây thương tổn tế bào Sau đó cơ thể bài thải, loại trừ các gốc tự do ra ngoài.

2 Cơ chế ngăn chặn các gốc tự do

Sự phòng thủ chống oxy hóa của cơ thể được thực hiện bởi 2 cơ

chế sau đây:

 Bằng cơ chế ngăn chặn không enzym (non-enzymatic)

 Bằng cơ chế enzym phân giải gốc tự do (Enzymatic).

Thông thường khi oxy hóa một hợp chất từ pha kỵ nước sang pha

ưa nước Như vậy một hợp chất kỵ nước nằm trong màng

lipoprotein của tế bào sau khi bị oxy hóa sẽ đi vào pha nước trong nguyên sinh chất.

Những chất chống oxy hóa phá vỡ phản ứng trong pha nước phổ biến nhất là những hợp chất phenolic Ngược lại Tocopherol và

carotenoid là những hợp chất tan trong chất béo có tác dụng chống oxy hóa trong pha lipid.

Điều kiện để che chắn oxy hóa có hiệu quả là những hợp chất chống oxy hóa phenolic Trong môi trường nước có rất nhiều phản ứng xảy

ra, do đó chống oxy hóa pha nước phải được thực hiện thường

xuyên, có nghĩa là chúng ta phải ăn thường xuyên các chất chống oxy hóa này.

2.1 Ngăn chặn bằng chất chống oxy hóa

không enzyme (No – enzymatic)

Trong pha lipid: Vitamin E, và các dẫn xuất tocopherol,

tocotrienol; và carotenoid chống oxy hóa bằng cách nó bị oxy

hóa, để biến thành oxy-carotenoid, hay tạo nên một dạng khác

như là vitamin A và ubiquinol để khử gốc tự do.

Trong pha nước: Vitamin C (ascorbate), các hợp chất Phenolic

thực vật, glutathione và một số hợp chất khác chống oxy hóa, sẽ

bị oxy hóa để trung hòa gốc tự do.

Thêm vào đó, cytosol, nuclear và mạng lưới ma trận hóa học

trong mitochondrial, và dịch ngoại bào cũng có tác dụng chống oxy hóa để bảo vệ tế bào.

Các chất chống oxy hóa không phải enzyme phần lớn có

nguồn gốc từ thực vật, các sắc tố thực vật Động vật sử dụng các hợp chất này để làm công cụ chống oxy hóa bảo vệ tế bào

cơ thể của chúng.

THIOL cycle VITAMIN C

cycle

Lipid–water interface

VITAMIN E cycle

ROOH

ROH

PUFA

O 2 – và gốc tự do khác

Các quá trình chuyển hóa trong cơ thể

ROO•

RO•

NAD(P)H + H +

Hệ thống vitamin tham gia chống oxyhóa

(Antioxidant) bảo vệ cơ thể

Niacin

Pha chất béo Pha nước

SỰ LIÊN QUAN giữa các chất

chống oxy hóa không enzyme,

enzyme trong pha nước, pha béo

Lipid Peroxidation

Vitamin E Radical

Tocopherols Tocotrienols

The Vitamin E

Cycle

Ascorbate

Ascorbyl Radical

The Vitamin C Cycle

NAD(P)H + H + NAD(P) -

- Lipoic Acid, GSSG

The Thiol

(glutathionine peroxidase)

Nhờ có sự tương tác trong phản ứng chống oxy hóa mà cơ thể có thể tái sử dụng Lại các chất chống oxy hóa Nhiều lần, nhất là những chất chống oxy hóa trong Pha lipid

Các dẫn xuất tự nhiên của Tocopherols

trong tự nhiên

Những Tocotrienol tự nhiên

Vai trò chống oxy hóa của vitamin C

Những chất hóa sinh thực vật có hoạt tính chống oxy hóa cao cần thiết cho cơ thể

Có hàng trăm công trình nghiên cứu, hàng ngàn chất có hoạt tính sinh học chống oxy hóa cao mà người ta đã biết rõ chức năng

• Phần lớn là những chất chống oxy hóa (Antioxidant):

Những sắc tố màu sẫm trong rau quả đều là chất chống oxy hóa có ảnh hưởng mạnh nhất, có tác dụng nhất, làm giảm bệnh đục nhân mắt, giảm sự oxy hóa LDL, giúp tổ chức tế bào sửa chữa các tổn thương do các gốc tự do tàn phá.

• Các quả có sức mạnh chống viêm (Anti-inflammatory) như: Quả trứng cá, anh đào đỏ, nho có tác dụng giảm bệnh tim mạch, tăng glutathione, làm giảm triệu chứng viêm

• Các quả có màu tím cũng có tác dụng phòng ngừa bệnh tật:

Quả nam việt quốc (cranberries) có tác dụng phòng viêm nhiễm đường niệu UTI’s (urinary Tract Infections) và bệnh ung thư vú 4

Những hợp chất hóa học thực vật

có tác dụng chống oxy hóa bằng cơ chế không enzyme

Những chất dd thực

vật Phytonutrients

Non-Carotenoid Sulforaphane Indoles

Lutein Saponins

Beta-Carotene Phenolic Acids

Other Non-Flavonoid

Flavones Polyphenols

*Flavonols Ellagic Acid Flavanones Chlorogenic Acid

Flavanolols

Leukoanthocyanidins Cinnamic Acid Dihydrochalcones Phytic Acid Chalcones Quinic acid Aurones

*Anthocyanins

Chống oxy hóa trong môi trường chất béo

Những hợp chất Polyphenol có

tác dụng chống oxy hóa trong thực vật

Polyphenols

Cấu trúc của một số Polyphenol trong quả mộng

Những Polyphenol thuộc Flavonoid phổ biến trong thức ăn

1 Flavone (bioflavonoids họ cam quít):

Hesperetin, Naringenin, Eriodictyol

Nguồn: Củ hành vàng, củ hành, cải xoăn, trà, cải bông

xanh, táo, quả mọng (berries), quả anh đào đỏ

3 Flavone:

Apigenin, Luteolin

Nguồn:

Nguồn: Carrot, cần tây, mùi tây, cây xô thơm (sage),

húng tây, hồ tiêu, cây hương thảo

Daidzein, Genistein, Glycitein

Nguồn:

Nguồn: Đậu nành va những thức ăn chế biến từ đậu

nành, rau đậu

Những Polyphenol thuộc Flavonoid phổ biến trong thức ăn

5 Anthocyanin:

Cyanidin, Delphinidin, Malvidin, Pelargonidin, Peonidin, Petunidin

Nguồn:

Nguồn: Quả mọng (trứng cá) đỏ, xanh và tím, nho đỏ

và tím, rượu vang đỏ, anh đào

(Catechins)-Catechin, Epicatechin, Epegallocatechin, Epicatechin gallate, Epigallocetechin gallate

Nguồn:

Nguồn: Trà (đặc biệt là trà xanh), chocolate, nho, quả

mọng, quả táo

(Ellagitannins)-Theaflavins, Thearubigins, Proanthocyanins

Nguồn:

Nguồn: Trà (đen & olong), chocolate, táo, quả mọng,