部分抗氧剂的作用

18．2．5　部分抗氧剂的作用

18．2．5．1　抗坏血酸

抗坏血酸的一个重要功能是抗氧化功能，在活性氧脱毒过程中起重要作用，在抗坏血酸氧化时，会形成单脱氢抗坏血酸（MDHA），MDHA进一步氧化就会形成脱氢抗坏血酸（DHA）。DHA不稳定（特别是在高pH时），并能可逆地皂化成二酮古洛酸，并最终被分解，因此，抗坏血酸库的氧化最终会损失抗坏酸库。抗坏血酸可与单线态氧、超氧化物、H₂O₂自发反应。在MDHA及DHA还原酶存在时，抗坏血酸可由MDHA、DHA再生。

抗坏血酸除具有抗氧化功能外，还有其他的生理功能。在细胞壁伸展蛋白的合成中需要羟脯氨酸，而抗坏血酸则可作为酶（如脯氨酰单加氧酶）的辅助因子。抗坏血酸在有些植物中可作为草酸与酒石酸的合成前体。抗坏血酸在α－生育酚和玉米黄质的再生循环中充当还原剂。抗坏血酸的第二种功能是在叶绿体类囊体表面作为还原剂参与抗坏血酸过氧化物酶介入的过氧化氢的清除，在这一过程中，抗坏血酸被氧化成单脱氢抗坏血酸。在完全氧化的脱氢抗坏血酸产生的情况下，还原型谷胱甘肽作为还原剂参与抗坏血酸的再生，产生的氧化型谷胱甘肽可以通过谷胱甘肽还原酶得到还原。抗坏血酸在清除活性氧的过程中发挥了重要作用，在叶绿体中，这一与氧的摄入、APx的功能及分子氧还原相关的过程被称为“米勒－抗坏血酸过氧化物酶光呼吸”。

抗坏血酸存在广泛，几乎存在于所有组织中，植物体内在光合细胞和一些果实中含量较高。光合细胞中浓度较高是因为叶绿体周围抗坏血酸浓度较高的缘故。测定不同发育阶段的大麦叶中的抗坏血酸以及其氧化形式脱氢抗坏血酸（DHA）发现，叶绿体发育充分以及叶绿素含量高的成熟叶中这两种物质含量最高。叶绿体膜对抗坏血酸及DHA的透性较低。细胞壁中也有抗坏血酸。干种子中不含抗坏血酸，但在种子萌发时可以迅速地合成。抗坏血酸库中90%的都以还原型抗坏血酸形式存在。

尽管抗坏血酸有如此重要的功能，它在植物中的合成途径还不清楚。有人认为其合成途径可能有如下两条：D－葡萄糖→D－半乳糖→D－半乳糖酸甲脂→2－氧－L－古洛内酯→L－抗坏血酸；D－葡萄糖→D－葡萄糖醛→L－山梨醇→L－抗坏血酸。

18．2．5．2　谷胱甘肽（GSH）

谷胱甘肽在活性氧脱毒过程中起重要作用，植物受到氧化损伤后，GSH－S转移酶与脂类过氧化物结合，从而利用GSH氧化一些过氧化物（过氧羟酸）。在铜催化下，GSH可发生Haber－Weiss反应，从而可降低羟自由基的形成，起到抗氧化的作用。还原型谷胱甘肽参与植物细胞中抗氧剂的再生过程。在GSH－S转移酶的作用下，GSH可与有毒物质结合，因而GSH可被用作脱毒剂。谷胱甘肽可形成（γ－谷氨酰－L－半胱氨酰）n－甘氨酸（n＝2～7），这是一种结合金属的植物螯合剂，该螯合剂的合成可被铜、锌、铅、镉等金属促进。而这些金属都可与GSH上的巯基结合。据认为植物螯合剂可能用于调控植物体内金属离子的水平。谷胱甘肽在植物中可作为硫贮藏和转运的重要物质。

植物中主要的可溶性含硫化合物是谷胱甘肽（γ－L－谷氨酰－L－半胱氨酰－甘氨酸，GSH），半胱氨酰和蛋氨酸的含量则相当低。有些物种具GSH类似物（γ－L－谷氨酰－L－半胱氨酰－β－丙氨酸）。玉米幼苗中未发现一种相关的三肽（γ－L－谷氨酰－L－半胱氨酰－谷氨酸）。一些草本植物具GSH的另一类似物（γ－L－谷氨酰－L－半胱氨酰－丝氨酸）。GSH的巯基氧化后会形成氧化型谷胱甘肽（GSSG）。GSH在叶和分生组织中较高。无水条件分离的叶绿体中GSH的浓度较高，说明用水分馏时会损失GSH。另外，线粒体中也含GSH。GSH库常有90%被还原，但无水条件分离的叶绿体中GSH库含30%GSSG。GSSG可由GSH还原酶（GR）还原为GSH。脱水组织中GSSG含量较高。GSH可被一种ATP酶转运进液泡。

GSH合成分两步，而且不需核糖体，但都要ATP，此反应第一步受终产物的反馈抑制。叶绿体中GSH含量高，其合成有光依赖性，因而大部分GSH在叶绿体中合成。氧化条件会促使GSH升高，据认为，是H₂O₂而不是GSSG作为增加GSH合成的信号。

18．2．5．3　甘露醇

甘露醇是重要的氢氧根离子消除剂，在氧化胁迫下，甘露醇可以保护巯基酶类或其他巯基调控的叶绿体组分（如黄素蛋白、巯基还原蛋白和谷胱甘肽）。Shen等（1997）通过离体类囊体实验证明：甘露醇和甲酸钠及过氧化氢酶能够保护磷酸核酮糖激酶（PRK）（卡尔文循环中巯基酶类的代表，可与离体类囊体产生的发生作用），使之不被氧化失活，这说明H₂O₂的毒性可能是由引起的，而且巯基酶的失活也不是H₂O₂的直接作用。Shen等（1997）将细胞编码甘露醇－1－磷酸脱氢酶的基因（Mt1D）转入烟草中，使之在叶绿体中表达积累甘露醇，转基因植株的叶绿体中甘露醇含量至少为100mmol/L，并且在H₂O₂处理下较对照植株具有较高的PRK活性。虽然有实验证明甘露醇对巯基酶具有保护作用，但甘露醇对细胞保护的体内的作用机理仍需进一步研究。

18．2．5．4　类黄酮

食品化学研究表明，类黄酮与过氧化物酶反应时作为电子供体，Takabama（1989）提出类黄酮过氧化物酶反应可能在体内外一样起清除H₂O₂的作用。由于活性氧的产生和清除是持续进行的，类黄酮－过氧化物酶反应不可能作为一个主要的脱毒系统而起作用，当细胞中的水平在植物快速生长，或受到胁迫，或在幼年叶版式中抗坏血酸不足，或在抗坏血酸缺失突变体中升高时，有可能是类黄酮作为一个替补的防护措施。

18．2．5．5　α－生育酚（VitE）

α－生育酚是膜中的亲脂分子，它在叶绿体类囊体膜及含叶绿体的叶中含量很丰富。在光合系统中α－生育酚与α－胡萝卜素共同起抗氧化作用，α－生育酚是一种重要的抗氧剂。α－生育酚能以自我分解方式清除单线态及超氧化物/羟基自由基，或通过能量转移方式清除单线态氧。α－生育酚能通过断链方式防止脂过氧化。α－生育酚与抗坏血酸在防止过氧化过程中有协同作用，α－生育酚通过与抗坏血酸或GSH反应而再生。