氧化型谷胱甘肽对还原型谷胱甘肽清除自由基的协同作用

氧化型谷胱甘肽对还原型谷胱甘肽清除自由基的协同作用 作者:金春英 崔京兰 崔胜云 【摘要】 利用分光光度法和基质辅助飞行质谱法研究了谷胱甘肽对1～12(DPPH)自由基的清除作用。通过比较不同浓度和不同配比的还原型谷胱甘肽(GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)以及Na2SeO3混合溶液的自由基清除率～发现GSH/GSSG的配比对自由基清除率有明显影响。当GSH/GSSG的配比大于50?1时～自由基清除率比同浓度的GSH大～且自由基清除率随GSH和GSSG的绝对浓度的增加而明显增加～说明适量的GSSG可协同催化GSH清除自由基过程。质谱测定结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明: 此协同作用与GSSG 参与自由基清除过程中的自由基反应有关。Na2SeO3对GSH的清除自由基的影响主要是通过与GSH反应生成GSSG来调控GSH/GSSG配比的结果。通过测定和分析一定配比的GSH+GSSG混合溶液与DPPH作用前后的质谱图～提出了少量的GSSG共存下～GSH催化清除DPPH自由基的作用机理。 【关键词】 谷胱甘肽, 自由基, 抗氧化性, 分光光度法,基质辅助飞行质谱法 1 引 言 谷胱甘肽是生物体内抗氧化防御系统中最重要的小分子活性寡肽～分为氧化型谷胱甘肽(GSSG)和还原型谷胱甘肽(GSH)[1]。GSH作为谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)或谷胱甘肽转移酶(GSH stransferase)的作用底物～可清除生物体内有害自由基(主要是氧自由基)或脂质过氧化物～使其转换成脂肪酸和水～而GSH被氧化成GSSG[2](见图解1)。 图解1 GSH 的抗氧化功能示意图 Scheme 1 Antioxidant fuction of glutathione(GSH) 在酶的调控下～生物体内GSH和GSSG通常处于稳恒性动态平衡～即当机体内由于GSH的清除自由基作用导致积累较多的GSSG时～GSH还原酶将作用底物GSSG还原成GSH。这种稳恒性动态平衡的重要标志是GSH/GSSG比值约为100?1[3]。 当机体受到严重的氧化胁迫时～GSSG 还原成GSH的过程受阻～大量的GSSG积累在细胞液中～并破坏氧化还原动态平衡～给生物体带来不良影响[4]。图解1所示的抗氧化模式中～GSH是通过电子和质子的传递作用来清除自由基～而GSSG本身无清除自由基作用～只参与维持两种形态谷胱甘肽的动态平衡。在该生化反应体系中～GSSG除了作为GSH还原酶底物维持谷胱甘肽的稳恒性动态平衡之外～还可能参与其它生化反应。文献[5]报道胱氨酸残基中的二硫键在生物体内参与许多氧化还原反应和自由基反应并生成各种硫氧化物。研究非酶条件下的氧化型谷胱甘肽在谷胱甘肽抗氧化系统中的作用和相关的化学反应,对进一步了解谷胱 甘肽的生物学功能具有重要意义。本研究考察了GSH 和不同配比的GSSG和Na2SeO3混合溶液对DPPH自由基的清除能力～探讨了GSSG和Na2SeO3对GSH的协同抗氧化作用。根据自由基清除率和质谱测定结果～提出了GSSG和Na2SeO3对GSH自由基清除过程中的协同机理。 2 实验部分 2.1 仪器和试剂 UV8500紫外/可见分光光度计(天美公司);MALDMACFR(日本岛津公司);激光解吸电离飞行时间质谱仪(N2激光器～激光波长为337 nm)。 1,12(DPPH)、还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、Na2SeO3、α4(CHCA)及三氟乙酸购自Sigma公司。DPPH用无水乙醇配制～谷胱甘肽用三次蒸馏水配制。 2.2 实验方法 体外检测清除自由基的方法以清除DPPH自由基为最常见。参照文献[6～7]～采用分光光度法～通过测定DPPH自由基与GSH作用前后最大吸收波长(517 nm)处吸收光谱～用多项式回归拟合的方法[8] 得到作用前后的吸光度变化值(ΔA517)与GSH浓度的多项式拟合回 归方程～并根据回归方程计算出不同浓度的GSH和DPPH混合溶液的自由基半数清除率(IC50)。 3 结果与讨论 3.1 GSH 清除自由基实验 图1为DPPH乙醇溶液和在该溶液中加入适量GSH、GSSG和Na2SeO3混合溶液后的吸收光谱图。DPPH在517nm处有最大吸收。当加入与DPPH等量的GSH时, 此波长处的吸光度(A517)从1.33降低到0.55(图1A曲线2)～说明GSH具有明显的清除DPPH自由基的能力。图1B中曲线2和3分别为GSH 和GSSG量比(GSH?GSSG)为10?1和100?1时的吸收光谱图, 其吸光度分别为0.79 和0.48～说明GSH/GSSG 比率为100?1时具有更高的自由基清除率。与图1A的结果比较～当GSH/GSSG 比率为100?1时～比等量的纯还原型谷胱甘肽(GSH)的吸光度降低更明显～说明尽管认为氧化型GSSG无清除自由基能力～但适量GSSG的存在会提高GSH的自由基清除能力。当固定GSH浓度为0.10 mmol/L～图1 DPPH、DPPH和谷胱甘肽及Na2SeO3混合溶液的吸收光谱图 A. (1): 0.1 mmol/L DPPH, (2): (1)+0.1 mmol/L GSH; B. (1): 0.1 mmol/L DPPH, (2): A(2)+0.01 mmol/L GSSG, (3): A(2)+0.001 mmol/L GSSG; C. (1): 0.1 mmol/L dPPH, (2): A(2)+0.005 mmol/L Na2SeO3, (3): A(2)+0.0002 mmol/L Na2SeO3; D. (1): 0.1 mmol/L DPPH, (2): B(3)+0.005 mmol/L Na2SeO3; (3): B(3)+0.0002 mmol/L Na2SeO3. 加入不同浓度的Na2SeO3(见图1C中曲线2和3)时～DPPH在517 nm处的吸光度随GSH 和Na2SeO3的相对量比的增加而增加～说明在恒定的GSH浓度下～其自由基清除率随Na2SeO3加入浓度的减小而增加。当固定GSH/GSSG比率为100?1～加入不同浓度的Na2SeO3的浓度(见图1D中曲线2和3)时, DPPH在517 nm处的吸光度随Na2SeO3加入浓度的增加而减小～说明自由基清除率随Na2SeO3的浓度增大而减小。 为考察GSH浓度、GSSG和Na2SeO3对GSH的清除DPPH自由基能力的影响～在固定DPPH浓度(0.10 mmol/L)情况下～分别测定了一系列不同浓度的GSH和不同配比的GSH、GSSG和Na2SeO3混合溶液在517 nm处的吸光度变化值ΔA517=ADPPH-AGSH混合液。结果发现～ΔA517 值随GSH浓度的增加而增加。采用多项式回归拟合方法[7] 对ΔA517和混合溶液的GSH浓度(CGSH)进行回归～根据回归方程确定ΔA/A0=0.5 时的CGSH为IC50值(式中A0为纯DPPH溶液的吸光度～ΔA为加入抗氧化剂后的吸光度变化值)。表1为不同混合溶液的吸光度变化值(ΔA)对CGSH的拟合方程和IC50值。表1 拟合回归方程和不同浓度、摩尔配比的GSH、GSSG和Νa2SO3混合溶液的DPPH自由基清除率(IC50) 16.3845C2(r=0.9980) 表1 表明:(1)GSH 具有较高的自由基清除率～其IC50达0.088mmol/L, 是良好的抗氧化剂。(2) 实验中发现氧化型谷胱甘肽(GSSG)本身对DPPH自由基无清除能力～但当其与还原性谷胱甘肽共存时～对GSH的自由基清除率具有较大的影响。当GSH/GSSG配比大于50?1时～其自由基清除率大于等量的GSH的自由基清除率; 当GSH/GSSG配比小于50?1时～清除率小于等量的GSH的清除率。(3)Na2SeO3也对GSH的抗氧化性具有协同作用。在一定浓度的GSH条件下～加入Na2SeO3的量相对较大时(GSH/Na2SeO3<20?1)～其自由基清除率小于同浓度的GSH～当加入量相对较小(GSH?Na2SeO3>20?1)时, 自由基清除率大于同浓度的GSH的自由基清除率。(4)当固定GSH/GSSG配比为100?1加入不同量的Na2SeO3时, 尽管Na2SeO3的相对量减小对GSH/GSSG混合溶液的自由基清除率有增强的趋势～但总的趋势是Na2SeO3会降低GSH/GSSG 混合溶液的自由基清除率。 综上所述～GSH具有较强的DPPH自由基清除率～但适当配比的GSSG的存在会提高GSH的自由基清除率～说明GSSG对GSH自由基清除过程具有协同作用。这种协同作用与GSH:GSSG 配比有关。当其配比为100?1时～对DPPH自由基清除率最高。向含有GSH溶液中加入Na2SeO3 会影响GSH自由基清除率～是由于GSH和 Na2SeO3 发生了氧化还原反应[9]: 4GSH+Na2SeO3GSSG+GSSeSG+2NaOH+H2O ? GSSG+Se(1) 此反应使得部分GSH被氧化成GSSG～改变了GSH/GSSG的相对量和氧化还原电位～从而影响了对DPPH自由基清除率。 3.2 基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDITOFMS)检测 光谱测定结果表明～适量的GSSG对GSH清除DPPH自由基具有协同作用～说明GSSG在与GSH和DPPH的混合溶液中参与了相关的化学反应。为了辨别相关反应产物～应用MALDITOFMS法～以α 4(CHCA)为基质～对GSH?GSSG配比为100?1的含有和未含有DPPH的混合溶液进行了质谱测定～结果见图2。 图2 0.1 mol /L GSH和1.0 mmol/L GSSG混合溶液(A) 及该混合溶液中加入0.1 μmol/L DPPH后测得的MALDITOFMS图 Fig.2 MALDITOFMS spectra obtaiend in 0.1 mol /L GSH and 1.0 mmol/L oxidized glutathione(GSSG) mixed solution before(A) and after(B) addition of 0.1 μmol/L DPPH从图2可见～不含有DPPH的混合溶液(图2A)在m/z 308 和613处可观察到质子化的GSH和GSSG分子离子峰, m/z 330和637 处分别观察到GSH的钠的加合物和GSSG在电离过程中与基质中的氰基相互作用产生的氰化物加合物的分子离子峰～在m/z 379处观察到质子化的基质α 4)的二聚体的离子峰。当溶液中含DPPH(图2B)时～m/z 613～638和379处的峰消失～而在m/z 669处观察到GSSG结合2个羟基和Na+的峰～说明GSSG 可能生成氧化产物来协同GSH的自由基清除作用。 3.3 GSSG对GSH清除DPPH自由基的协同作用机理 (1) GSH对DPPH自由基清除作用是通过氧化作用将谷胱甘肽的电子传递给DPPH自由基单电子的过程。这种电子传递过程受GSH氧化还原电位的影响。根据能斯特方程;E=E0′+RTnFln[GSSG][GSH]2～在GSH/GSSG混合溶液中～GSH/GSSG比率越高～谷胱甘肽的还原电位负移～使得GSH传递电子与DPPH的能力越强。这解释了实验中GSH/GSSG混合溶液中～自由基清除率随GSH/GSSG的比率增高而增加的原因。(2)GSH/GSSG混合溶液中～当其比率>50?1时～自由基清除率高于等量的纯GSH的清除率～说明自由 基清除作用不只是GSH对DPPH自由基的还原作用所驱动～少量的GSSG的存在会协同GSH的自由基清除作用。GSH和DPPH的清除作用涉及氧化还原作用的自由基反应。当GSH与DPPH〃自由基发生给电子作用后～本身氧化生成GS〃自由基。此自由基在水相中仍具有较强的反应活性～在一定条件下与水相中的 GSSG 发生氧化还原作用～见下式: (2) 上式中第二步反应中GS〃自由基～可能首先与水分子发生自由基反应～生成反应性很强的羟自由基(〃OH)和GSH～生成的〃OH自由基与GSSG通过自由基反应生成GSOH(glutahione sulfenic acid)。这种反应的结果使得GSH在清除DPPH自由基反应中起到催化剂作用。至于GSSG氧化后的产物GSOH (图3B 中m/z 669 所对应的物质)～文献[5]已报道在生物体内被检测到。 总之～低配比的GSSG～通过催化作用协同GSH的清除自由基过程～但当GSSG相对于GSH配比提高时无协同作用。这可能与GSSG 阻碍GS〃自由基与水分子之间的自由基反应有关。 【参考文献】 1 Lü ShaoWu(吕绍武), Jin Wei(金 伟), Zhang Ying(张 莹), Gao Yang(高 扬), Zou XiangYu(邹向宇), Li Ming(李 明), Mou Ying(牟 颖), Yan GangLin(阎岗林), Luo GuiMin(罗贵民), Jin QinHan(金钦汉). 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