活性氧(ROS)是含氧的化学反应性化学物质。实例包括过氧化物,超氧化物,羟基自由基,单线态氧,和α-氧。在生物学背景下,ROS形成为氧的正常代谢的天然副产物,并且在细胞信号传导和体内平衡中具有重要作用。然而,在环境压力(例如,紫外线或热暴露)期间,ROS水平会急剧增加。这可能会对细胞结构造成严重损害,这被称为氧化应激。ROS的产生受植物中应激因子反应的强烈影响,这些增加ROS产生的因素包括干旱,盐度,寒冷,营养缺乏,金属毒性和UV-B辐射。ROS也由外源性源如电离辐射产生。
在生物系统中,游离活性氧星很低,因此测定时需要灵敏的方法如脉冲射解、电子自旋共振等技术,但仪器较昂贵。由线粒体产生的H2O2,存在时间较长,能使DCFH探针的荧光物被氧化成DCF(二氯荧光素双乙酸盐),DCF可被酯酶裂解成二氯荧光素,以二氯荧光素为基础的荧光法,可检测H2O2、O2-和OH-,这种方法较简单,但特异性较低。以亚铁血红素过氧化物酶/辣根过氧化物酶催化H2O2氧化荧光物、产生荧光素的荧光法,特异性和灵敏度较高;通过测定活性氧损伤的产物如脂质过氧化物(oxLDL)和DNA损伤产物(8-羟基鸟嘌呤)等,可间接反映活性氧产量。不成对电子使H2O2,等带有顺磁共振特性,可被EPR光谱法测量,但需要特殊的设备。使用氧化还原反应中分子间能量转移,使发光氨还原后可与O2-,反应产生产物并发光,这种方法非常灵敏,已经用于测定完整细胞、单独的线粒体及线粒体亚颗粒中的O2-含量。
线粒体是过量的活性氧主要的促调亡靶,可诱导线粒体双层膜通透孔(PT孔)开放,释放钙离子、细胞色素C、凋亡诱导因子AIF,引起胱冬蛋白酶caspase9激活caspase3/6/7;可使线粒体电子传递链解耦联,下调ATP产生水平,上调促凋亡蛋白Bax的表达水平,最后使线粒体外膜破裂,导致细胞凋亡。
线粒体双层膜通透孔有2个氧化敏感位点:一个位点有吡啶核苷酸结合基序,可结合NAD/NADH和NADP+/NADPH;另一个位点有谷胱甘肽结合基序,可结合谷胱甘肽。活性氧能使线粒体双层膜通透孔结合的NADH,NADPH、谷胱甘肽氧化,促使线粒体双层膜通透孔开放。活性氧增加既是线粒体双层膜通透孔开放的原因,也是其结果。高水平肿瘤坏死因子TNF-a/MLR可上调活性氧的产生水平。高水平活性氧也可刺激死亡受体通路,引起细胞凋亡。过量的活性氧也可诱导线粒体外膜孔开放,释放钙离了、细胞色素C、凋亡诱导因了AIF,引起细胞凋亡。
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