Chương 1. Tổng quan về gốc tự do và cơ chế kháng oxy hoá của tế bào 1. Tong quan về gốc tự do Gốc tự do (free radical) là các phân tử hay nguyên tử bị mat đi một hoặc nhiều electron lớp ngoài cùng. Chúng gồm hai nhóm phô biến là các gốc oxygen hoạt động (ROS — Reactive Oxygen Species) và các gốc nitrogen hoạt động (RNS - Reactive Nitrogen Species) [1].
Khi ở nông độ cao, gốc tự do có thé tan công làm tôn thương các phân tử DNA, protein, lipid, .cũng như các bào quan, cau trúc tế bào như ty thể, màng tế bào,. Từ đó, gốc tự do góp phần gây ra hoặc làm trầm trọng thêm các bệnh như ung thư, đái tháo đường, các van dé tim mach,. Một số ROS phô bién trong tế bào được thẻ hiện qua bảng 1. “an OMA treatege, (rretaton Orcogene 0224g1®©es Percektation of urvestsated trty ackis boos Of merrtrase wwe ?%79vdirxvtrsez9zs4xxe protety Crosse vhinp “cà boty eh —.
420p 9rxc9on prtteds Vagrantation Gene revert OLDE forthe changes in brenunogertcry mMitochooedrisl damage Giaruption ordered celluler meteboliam carcinogenesis atheragenees autommunity col damagadeath QeMENTz, CATARACT STROKE CORONARY HEART DISEASE AGEING DIABETES CANCER Hình 1. Gốc tự do và một số bệnh liên quan [14] Bảng 1. Một số gốc tự do phỗ biến [15] Reactive Oxygen Species Non Free-Radical Species Lipid hydroperoxide | LOOH Lipid peroxyl radical Hypochlorous acid | HOCI Peroxyl radical _ROO*. Peroxynitrite | ONOO~ Lipid alkoxy! radical LO* Dinitrogen trioxide N20; Nitrogen dioxide radical N cụ thé là các phản ứng oxy hoá khử, nhiều nhất là quá trình hô hap tế bào.
Gốc tự do được tao ra thông qua trình phân giải glucose với sự tham gia của các enzyme trong tế bào. Vì vậy, trong tế bao, gốc tự do tôn tại nhiêu trong ty thể, ngoài ra còn một số bao quan khác như peroxisome, microsome [16]. Ở cấp độ cơ thé, gốc tự do có nhiều ở gan do đây là cơ quan thải độc chính của cơ thẻ. Từ đó làm tăng các nguy cơ Xơ gan, viêm gan, ung thư gan.
Ngoài quá trình hô hap tế bao, gốc tự do còn được tạo ra từ một số con đường khác như: quá trình tự oxy hoá đường monosaccharide với sự có mặt của ion kim loại. Con đường nay không can sự tham gia của enzyme [17].2, khi có sự tham gia của ion kim loại (M°?), monosaccharide (dạng endiol) sẽ tự oxy hoá thông qua nhiều giai đoạn va tạo thành nhiều gốc tự do như: HOz, ‘OH,. Vi xảy ra trong tế bao, các gốc tự đo nảy có thé tắn công màng tế bao, glycosyl hoá protein,. Điều này làm thay đổi cấu trúc và chức năng của protein, từ đó dẫn đến một số bệnh mà điền hình nhất là đái tháo đường [18].
OHOH p = R-G-k R-C~CO; H Hydroxyacid HOH Peroxy! O; dr fi ng Hydroxyslk y1 radical „7H 0H j" Hydroxvaldahyde om / OHO R—~C-~H — R~C~C~H bydrete + iH Ox | H;O M Hycroxyakietryde 7 ~ KA ‘ hà ý `Š | OHOH NN R~Ÿ~C~—H *OH OH = edad „ OHO- 0 R-"Ôn ‡ HO,° ory"- +3 - "° SN Z Mie —t+ R-€-C-H o0 Dicarbony! ie Hình 1. Qua trình tự oxy hoá của monosaccharide với sự tham gia của ion kim loại [ L7] 1.2 Cơ chế kháng oxy hoá của tế bào Khi nông độ gốc tự do trong tế bao tăng cao vượt quá mức kiểm soát, nó có thé gây ra tình trạng stress oxy hoá. Stress oxy hoá nghiêm trọng có thê gây tôn thương tế bao, là một trong những nguyên nhân dẫn đến nhiều loại bệnh, tật, thậm chí là tử vong (hình 1. Stress bu — oxy hoá Tăng peroxid hóa Sự suy giảm GSH lipid Tốn thương trực tiếp protein Xe oO Hoat héa Khởi động enzyme Poly quá trình (ADP) ribose apoptosis synthetase Can kiét NAD( H ) Peroxid hóa va phá hủy màng Tăng sắt nội bào Giải phóng ion kim loại vào các mô xung quanh và Tăngproteins, tốn thương DNA, lipids làm tổn thương an té bao lan can Hinh 1.
Stress oxy hoa va hau qua [19] Dé điều hoà tác động của gốc tự do, tế bảo có cơ chế chống gốc tự do bằng hệ thông chất kháng oxy hoá. Chất kháng oxy hoá là những chất có tác dung bảo vệ hoặc làm chậm các quá trình tốn thương tế bào gây ra bởi các gốc tự đo. Dựa vào nguồn gốc. chất kháng oxy hoá có thé chia thành hai loại là chat kháng oxy hoá nội sinh và chất kháng oxy ngoại sinh.
Chất kháng oxy hoá nội sinh bao gồm các emzyme kháng oxy hoá như: catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD), glutathione peroxidase (GPx), thioredoxi (Trx), .Chat kháng oxy hoá ngoại sinh bao gồm các chất không phải enzyme như: các vitamin A, C và E, flavonoid, phenolic acid, coenzym Q10, B- carotene,. Chất chéng oxy hoá có thé tương tác với gốc tự do hoặc nguyên nhân tạo ra góc tự do theo nhiều cơ chế khác nhau.4, một số cơ chế phan ứng phô biến của chat chong oxy hoá là: phan ứng trực tiếp với gốc tự do, qua đó tạo ra gốc ôn định hơn; ức chế các phản ứng oxy hoá tạo ra gốc tự đo: chất kháng oxy hoá không enzyme có thẻ hoạt hoa gene sản xuất các enzyme khang oxy hoá,. View ACE Hình 1. Một số cơ chế khang oxy hoá của tế bào [20] Trong cơ thé, các chất chống oxy hoá có thê không hoạt động độc lập ma phối hợp với nhau đề chong lại các gốc tự do.
Chang hạn như, vitamin E với khả năng tan tốt trong lipid có thẻ loại bỏ gốc tự đo trong lớp phophotlipid kép, từ đó hình thành gốc tự đo của vitamin E. Sau đó, vitamin C phản ứng với nhóm chroman để tái tạo lại vitamin E từ óc tự do của nó [21]. Tuy nhiên, hiệu quả các chất chống oxy hoá còn phụ thuộc vào nhiều yếu tổ như nhiệt độ. loại và nông độ chất oxy hoá, sự hiện điện của các hợp chất hỗ trợ và tiền oxy hoá.
Dựa trên sơ đô hình 1.4, hiện nay, các nhà khoa học đang đây mạnh nghiên cứu, sàng lọc các hoạt chất có khả năng tác động đến các con đường kháng oxy hoá của tế bào dé ngăn chặn các tác hại của gốc tự do. các hợp chất có nguồn gốc tự nhiên được quan tâm, chú ý. Tong quan về chất kháng oxy hoá tự nhiên Hiện nay, một số hợp chất có khả nang khang oxy hoa đã được phân lập thể hiện qua hình 1. Theo đó, trong các nhóm chất kháng oxy hoá, các nhà khoa học tập trung vào việc phân lập các hợp chất có bản chất không phải là enzyme như: flavonoid, phenolic, các vitamin,.
Vì những chất này có nhiều trong thực vật, qui trình phân lập và cách bảo quản đơn giản hơn so với các enzyme kháng oxy hoá. Secondary Enzymes Glutathione reductase Glucoasephosphatedehydroge- ttase acid Organosulfur compounds: Hydroxybenzoic acids: Allyl sulfide, Indoles Vitamins and Derivatives: A (Retionol), C (Ascorbic Acid), E (Tocopherols and Tocotrienols), K Carotenoids: f-Carotene, Lycopene, Lutein, Zeaxanthin Nitrogen non-protein compounds: Uric acid Hình 1. Các loại chất kháng oxy hoá [15] L2. Alkaloid Alkaloid là nhóm hợp chất tự nhiên có cấu trúc hoá học và hoạt tính sinh học rất đa đang.
Chúng hiện điện ở hầu hết các họ thực vật, đặc biệt là các họ như Anh túc (Papaveraceae), Cà phê (Rubiaceae), Cà (Solanaceae),. Cấu trúc hoá học của các alkaloid luôn chứa nghuyên tử nitrogen trong vòng dj hoàn vì vậy luôn có tính base. Day cũng lả cơ sở cho việc phân lập các alkaloid. Đây cũng là cơ chế kháng oxy hoá của alkaloid.
Nếu trong tế bào có các gốc tự do ở trạng thiểu một proton (chăng hạn như hydroxyl), thi proton H* của alkaloid sẽ được chuyên cho góc tự do dé tạo thành sốc 6n định (hình 1. Alkaloid Indol R Hình 1. Sơ đồ thé hiện quá trình bat hoạt gốc tự đo của alkaloid [23] 1. Flavonoid Flavonoid là những hợp chất có màu thuộc nhóm phenol, phd biến ở thực vật.
Flavonoid có cau trúc cơ bản là 1,3-diphenylpropan (Ca-C:-C¿) và thường có một hoặc nhiều nhóm hydroxyl (— OH) [22]. Vì vay, flavonoid là một hợp chất tiềm năng kháng oxy hoá thông qua quá trình nhường proton H” của nhóm hydroxyl. Có 2 cơ chế hoạt động kháng oxy hoá của các flavonoid: (a) loại bỏ trực tiếp các góc tự do bing cách nhường một electron hoặc nguyên tứ hydrogen; (b) ức chế quá trình hình thành gốc tự đo. Theo cách thứ nhất, các flavonoid phản ứng với gốc tự đo bằng cách nhường đi proton H* của các nhóm — OH (hình 1.
OH ° R°? RH OH mm, OH __Ï —— Fl -OH FI -O” ° R° RH Hình 1. Sơ đồ thé hiện quá trình bat hoạt gốc tự do bởi flavonoid [24] 10 Theo cách thứ hai, khi có mặt của ion kim loại (Fe**) và sốc tự do (O»'), flavonoid (quecertin) có thể hoạt động như enzyme kháng oxy hoá dé loại bỏ gốc tự đo (hình 1. Đồng thời, flavonoid liên kết và tạo phức với các ion kim loại, từ đó loại bỏ môi nguy tiềm tạo ra gốc tự do thông qua phan ứng kiêu fenton (1) [25]. Ngoài ra, một số nghiên cứu cho thấy, flavonoid có thể giảm hoạt động các enzyme hình thành gốc tự do (xanthine oxidase) do có cau trúc gần giống nên có khả năng cạnh tranh [26].
Vì vậy, những nhóm thực vật có chứa nhiều flavonoid sẽ là nguồn kháng oxy hoá tiềm năng. chăng hạn như các họ thuộc bộ Hoa môi (Lamiaceae, Verbenaceaeae, Gesneriaceae), họ Hoa Thảo (Gramineae),. [27] (1) H:O› + Fe**(Cu*) > ‘OH + OH" + Fe**(Cu”*) Phan ứng Fenton + » ¿TT OH “ HO. 0 + 2Fe?* + OF = = + H;O; OH ° OH O on OW /,, Hình 1.
Phức Fe?'-quecertin hoạt động như superoxide dimusta (SOD) [25] Trong tự nhiên, phân lớn các flavonoid xuất hiện dưới dang liên kết với đường (glycoside). Số lượng va vị trí liên kết với phân tử đường sẽ ảnh hướng đến hoạt tinh chống oxy hóa của flavonoid. Ngược lai, dang flavonoid không liên kết với đường (aglycone) thê hiện hoạt tinh kháng oxy hóa cao hơn nhưng nông độ trong cơ thé thấp [28]. Polyphenol Polyphenol là những hợp chất thuộc nhóm phenol, đặc trưng bởi cau trúc vòng benzene, có một hoặc nhiều nhóm chức hydroxyl (—- OH).
Các hợp chat polyphenol thường có trong hau hết họ thực vật: một số hợp chất polyphenol phô biến như tanin (lá); lignin (vách tế bào thực vật) [22]. ll Tương tự như flavonoid, vì các polyphenol có chứa các gốc hydroxyl (P-OH) nên dé dàng khử các gốc tự do (hydroxyl, peroxyl, .) bang con đường nhường nguyên tử hydrogen (hình 1. OH ợ fe) i R RH R RH OH OH aA Polyphenol Quinone Hình 1. Sơ đồ thé hiện quá trình bat hoạt gốc tự do bởi polyphenol [29] Ngoài ra, các hợp chat polyphenol có thé tương tác với các tiền chat tạo gốc tự do, chăng hạn như Fe”*, Thông qua đó, sự hình thành của các gốc tự đo bị hạn chế (hình 1.