体内抗氧化体系

线粒体一方面通过氧化磷酸化合成ATP，另一方面也会产生ROS而损伤自身和细胞。氧化应激（oxidative stress，OS）是指由于ROS过量生成而使细胞内抗氧化防御系统受损，导致ROS及其相关代谢产物过量积累，从而对细胞产生多种毒性作用的病理状态。

生物进化已使机体可通过抗氧化体系（各种抗氧化酶、小分子抗氧化剂）及时清除ROS，防止其累积造成有害影响。在正常情况下，生物体内的ROS被抗氧化体系维持在较低水平。超氧化物歧化酶、硫氧还蛋白过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶等均统称抗氧化酶。一旦在体内形成过氧化物，它们即发挥作用，利用氧化还原作用将过氧化物转换为损伤较低或无害的物质。正常机体存在以下抗氧化酶体系（图5－35）：

图5－35 体内重要的抗氧化酶体系

过氧化氢酶（catalase）主要存在于过氧化酶体、胞质及微粒体中，含有4个血红素辅基，催化H2O2分解为H2O和O2，反应如下：

2H2O2→2H2O＋O2

谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GPx）也是体内防止ROS损伤的主要酶，可去除有氧条件下正常细胞生长和代谢产生的H2O2和过氧化物（ROOH）。在线粒体、胞质、过氧化物酶体中，GPx由GSH提供还原当量，将H2O2还原成H2O；或将ROOH转变成醇，而GSH则被氧化成GSSG。GPx催化的反应如下：

H2O2＋2GSH →— 2H2O＋GSSG

2GSH ＋ROOH →— GSSG＋H2O＋ROH

氧化型GSSG经谷胱甘肽还原酶催化，由NADPH＋H＋提供2H，再转变成还原型GSH。

超氧物歧化酶（superoxide dismutase，SOD），因可催化2个相同的底物歧化产生了2个不同产物而得名。SOD催化1分子O－·2氧化生成O2，另一分子O－·2还原生成H2O2，生成的H2O2再被活性极强的过氧化氢酶分解，具体反应如下：

过氧化物氧还蛋白（Peroxiredoxin，Prx）是另一类过氧化物酶，属于抗氧化蛋白超家族，广泛存在于原核和真核生物中。Prx可被H2O2氧化，并随后反应形成分子间二硫化物，进一步在硫氧还蛋白过氧化物酶作用下，由硫氧还蛋白（thioredoxin，Trx）提供还原当量，使Prx还原，Trx则被氧化。硫氧还蛋白还原酶（thioredoxin reductase，Trx R）是一种NADPH依赖的包含FAD结构域的二聚体硒酶，以氧化态Trx为底物和由NADPH提供还原当量，最终使氧化态Trx恢复成还原态。

（黄海艳）

参考文献

［1］查锡良，药立波．生物化学与分子生物学．第8版．北京：人民卫生出版社，2013．175－195．

［2］Chen YR，Zweier JL．Cardiac mitochondria and reactive oxygen species generation．Circ Res，2014， 114（3）：524－537．

［3］Mimaki M，Wang X，Mc Kenzie M，et al．Understanding mitochondrial complex I assembly in health and disease．Biochim Biophys Acta，2012，1817（6）：851－862．

［4］Ackrell BA．Progress in understanding structure－function relationships in respiratory chain complex II． FEBS Lett，2000，466（1）：1－5．

［5］Brändén G，Gennis RB，Brzezinski P．Transmembrane proton translocation by cytochrome c oxidase． Biochim Biophys Acta，2006，1757（8）：1052－1063．

［6］Klingenberg M．The ADP and ATP transport in mitochondria and its carrier．Biochim Biophys Acta， 2008，1778（10）：1978－2021．

［7］Azzu V，Jastroch M，Divakaruni AS，et al．The regulation and turnover of mitochondrial uncoupling proteins．Biochim Biophys Acta，2010，1797（6－7）：785－791．