辐射引发的亚油酸和亚麻酸自由基产物及α—生育酚的辐射...

辐射引发的亚油酸和亚麻酸自由基产物及α—生育酚的辐射... 辐射引发的亚油酸和亚麻酸自由基产物及 α—生育酚的辐射... 第l1卷第1期辐射研究与辐射工艺学1.11,%.1 1n~nz年2月JOURNALOFtLA.DIATIONRESEARCHANDRADIATIONPROCESSI NGFebruary19.3 【f „ 辐射引发的亚油酸和亚麻酸自由基产物及 一 生育酚的辐射保护效应的ESR研究 一 朱幼南屠铁城董继荣张加山林念芸,.2 (中盈科学院上海原子核研究昕,上海201800) 摘要用电子自旋共振渡谱法,对在盆氧条件下经过低温辐照的饱和脂质亚油酸和亚麻酸产生的 初数不稳定自由基,及其在程序升温过程中所产生的自由基变化进行了研究.由77K辐照井测定的ESR 谱明其初圾不稳定产物为胡离子自由基和脂质长链上.饱和部分的抽氢自由基,在12flK附近所测得 的ESR谱显示了脂质过氧自由基的波谱特征,随着温度继续上升,最后演变为戊二烯基自由基和删 抽氢自由基.亚油酸和亚麻酸与生育酚(摩尔比1:1)二元体系的ESR研究,揭示了生育酚对亚油酸 iu亚席酸的辐射保护作用是基于氢原转移机理.. 关蕾弱ESR.亚油酸:亚麻酸,自由基,生育盼,氢原子转移,辐身帐护. —_?.1=?—? 研究不饱和脂质经辐照所产生的自由基,对于进一步阐明生物体系的辐射损伤和辐射保护 机理是十分重要的.人们已经注意到了不饱和脂质的辐解或uV光解与温度和氧的存在与否有 着显着的依赖关系.在早期的工作中,对脂质自氧化的ESR研究通常局裉于某一个中间产物,如 Bascetta等人【在环境温变下观察到充氧条件下亚油酸和油酸甲酯通过紫外辐解所产生的戊二烯 基自由基,而它们的过氧自由基的ESR谱则为Chiba和其台作者所获得.随着检测技术的进 步,用ESR方法不仅能记录脂质由辐解或uV光解所产生的初级自由基,还可以撩测到由继后 反应所产生的次级自由基.本文,用程序升温ESR方法研究了77K温度时经辐照产生的亚 油酸和亚麻酸的初级不稳定产物及它们随温度的演变过程?同时研 究了口一生育酚对疆油酸和亚麻 酸的辐射保护作用. 1实验部分 1.1试剂 亚油酸和亚麻酸均为东京化成工业株式会社产品,?一未经纯化.一生育酚为E.Merck产品. 1.2样昌的崩备和辐照 将亚油酸和亚麻酸或生育酚的二元体系混合物予先甩空气鼓泡0.5h,然后将样品在低温 下制成颗粒状小珠,置于内径约3mm的GG17玻璃管中,再通空气5min后封管.用”co辐照 源装置77K琏光条件下辐照样品,总吸收剂量100kGy. 1.3EsR谴蕾的蔫定 经辐照的样品用VarianE一1l2ESR波谱仪的X一波段测定,所用微功率为lroW,用E~500—2 国家自然科学基金资助项曰 收稿目期-1991—12—13 簟.{fl 2辐射研究与辐身寸工艺第11卷 „__?.??-????-...?-?__?..??...?ESR渡谱(见图1a,b)是十分相似的,它们 显示出 一 个较对称的二重峰,g值分别为2.0025和2.0018,峰宽分别为2.740×10T和2.675×10To 在二重峰的两!嘲备有一组分辨程度较差的重叠峰的痕迹. ESRspectrafromoxygcn-contalnirJgsamp~sirradiatedandrccord~dat77K (a)Linol~沁acid(b)LknoI~nicac树 根据F~ucitauo[对结晶油酸的辐解研究后认为,在77K辐照并测得的油酸的ESR谱图 :中峰宽为2.3—2.4x10T的二重峰是阴离子自由基的特征渡谱,而在二重峰两1舞I存在的峰的痕 迹,则可能是油酸长链上饱和部分的抽氲自由基的信号.Yanez[sJ分析了77K用uV光解产生的 亚油酸甘油三酯,亚麻酸甘油三酯和亚麻酸的ESR谱图,指出分辨程度较差的宽阔的信号是来 自于脂质长链上的抽氲自由基和戊二烯基自由基.本实验在77K得到的含氧亚油酸和亚麻酸 F_SR波谮信号可以归结于两个主要自由基:阴离子自由基(I)和戊二烯基抽氧自由基(?) .0一. 一 cHl—c<(I)一cH—cH—cH—cH—cH一(?)OH 较对称的二重峰,反映了亚油酸称亚麻酸胡离子自由基(I)的特征,它们是由于电子加合到这二 耷不饱和脂肪的羰基的氧上而形成的,而在二重峰两侧的重叠峰的信号则是在亚油酸或亚麻酸 长链上两个双键之问的双烯丙基位置上抽氲而产生的自由璧的贡献. 2.2程庠升蕾过程中的亚油砖和亚麝t的ESR蕾 从77K至120K程序升温过程中测得的ESR谱的变化主要反映阴离子自由基略有衰减. 图2a和b中展示的台氧亚油酸和亚麻酸在77K辐照后退火到137K所测得的ESR谱,和 yanez等人对亚麻酸在77KUV辐照并退火至131K时反映亚麻酸过氧自由基特征的ESR谱比较, 它们两侧的谱形相同,均有一个新增生的峰,所不同的是谱图2中心部位尚留有阴离子自由基二 第1期朱幼南等:辐射引发的亚油酸和亚麻酸自由基产物及a一生育酚的辐射保护效应的ESR研究 ——,————一一,一一,————…一————:一——,一 „ 厂一\/\.i vr}}v F|窖2.ESRspectrafromoxygen-containingsampksirradiatedat77K, recordedafterannealingat137K (a)Linoleicacid(b)Linolcnicacid 重峰的信号.众所周知.过氧自由基的产生是分子氧对不饱和脂质自由基作用的结果.对于空气 饱和或含氧的不饱和脂质的样品,在低温下由于分子氧是处于不能自由活动的状态,因而在ESR 谱上不能反映出氧对脂质自由基的作用,仅当样品退火到适当温度,此时氧变得可以活动并与脂 质自由基反应,才使之转变为过氧自由基.实验表明约在125K附近,氧开始对亚油酸和亚麻酸 的抽氢自由基反应,这与Yanez的工作相一致.对亚油酸过氧自由基的前身碳中心自由基的 ESR渡谮解析,褥到其过氧自由基主要形式是一 cH=cH—cHcH—cH()一cIl:一嘲.实 验中亚油酸和亚麻酸在137K的ESR谱中所得到的g值分别为2.0156和2.0148,与Bennettt|】 报道的几种烃类产生的烷基过氧自由基的g值2.0154?0.0003及亚油酸和油酸甲酯在160K时g 值为2.015[的结果均符台,因此可以推断该自由基为亚油酸和亚麻酸的过氧自由基 一 CH—CH—CH—CH—CH(o)一(?) 上述过氧自由基能从母体分子的双烯丙基位置上抽氢形成新的碳中心戊二烯基抽氢自由基, 谖自由基继续与氧作用形成过氧自由基,直至溶解氧被诮耗尽为止,过氧自由基最终重合为分子 产物. w *?| 2.5x】(}r F5.ESRspectrafromoxygen-containingsamplesirradiatedat77Kt recordedafteranneaFr~gat243K (a)Linoleicacid(b)Linolcnica喇 Ur 屯 辐辐研究与辐射工艺第11卷 „ ?UK Iris?直sRs~ctrafromoxygen-~ntafninglinoleieacid-~一tocopherolcOmpleX Withmolaxratiooflinoldcacid-a-tocopherol(1:1)irradiatedat77K, tecoxdedat77茈andafterannealingat140Kand215K (a)a-tocopherol(b)Linolewacid-~-tocopherol 鼹誊a瓤b是亚浦酸和亚麻酸77K辐照后升温至243K时的EsR谱图,它是宽阔的多重峰, 其总谱宽为215o.其中主要成份为七重峰,其平均超精细分裂约为1.1×10,T. 亚麻酸在77K下uV辐照并在253K记录得到的ESR谱是七重峰【”,它是亚麻酸戊二烯基 抽氢自由基的特征波谱.油酸的尿素络合物在77K经y辐照并在188K记录得到的由六重峰,七重 峰和暇重峰组合的ESR波谱【?1,它们分别表征为侧链自由基,烷基自由基和口一碳抽氢自由基. 口一碳抽氧自由基可以由阴离子自由基演变而来.因为随着退火温度的增高,阴离子自由基会失击 OH一而转变为酰基自由基,进一步升温后该自由基可从母体分子中羧基a碳位置上抽氧而生成 a—碳抽氧自由基.这个事实早由Faucitano[“对油酸和棕榈酸的研究中指出,又为Scvilla[毒,.l对高 分子量的羧酸的研究中所肯定.因此可以认为,本实验在243K测得的多重峰主要是亚油酸和亚 麻酸的戊二烯基抽氢自由基的波谱,此外还可能有残留的阴离子自由基在退火过程中演变而来的 亚油酸和亚麻酸的o-碳扯氢自由基的信号RCHCOOH(IV) 2.0”生育蕾对亚油t和亚麻蕾的辐射保护作用的ESR研究 图4a中所展示的生育酚在77K辐照并测定的ESR波谱是不对称的单蜂,与亚油酸和亚 麻酸77K辐照并测定的ESR波谱中展现的较对称的二重蜂(见图1)截然不同.圉4b是a一生育 酚一亚油酸二元体系(摩尔比1:1)辐照后的ESR谱,77K辐照井测定的二元体系的波谱显示了a一 生育酚自由基与亚油酸自由基波谱的重叠a退火至140K时,谱形已趋于生育酚的ESR波谱特 , 第1期朱幼南等t辐射引曼的亚浊酸和亚麻陵自由基产物殛a一生育酚的辐射保护效直的ESR研究s 一————————————————————————————————————_?——————————————————————————_———_————??--?—??...-..?.?.??——?.—..?————— —一 征,并不见亚油酸过氧自由基陷痕迹.在160K时二元体系的波谱更接近于a一生育酚的ESR 波谱特征,待退火副2】5K时,二元体系的波谱特征和G-生育酚的 ESR波谱特征基本相同,没 有亚油酸戊二烯基抽茕自由和a一碳抽氧自由基的痕迹.以?一生育酚与亚油酸或亚麻酸的摩尔 比为4?1和101进行相同条件的实验,所得到的ESR波谱均显示出口一生育酚对亚油酸或亚麻 酸的辐射氧化有所保护作用. 众所周知,a一生育酚是一种酚类抗氧化剂,结构式中羟基的活动氢是氢原子转移保护中氢的 给予体,氢原子转移给脂质的过氧自由基,从而阻断了脂质辐射过氧化链式反应的增长. ArOH(a一生育酚)+ROO?ROOH+ArO?(1) 戊二烯基自由基和a一碳抽氧自由基亦可从a一生育酚中得到氧原子而修复为亚油酸. ArOH+R?—RH+ArO?(2) ArOH+RCHCOOH-~RCH2COOH+ArO?(3) 3结论 在77K经辐照后,亚油酸和亚麻酸的主要辐解产物为羰基阴离子自由基和在雕芮基位置 上的抽氢自由基——戊二烯基抽氢自由基.从120K附近开始,由于氧攻击抽氢自由基而生成了 过氧自由基,该自由基又可攻击母体分子产生新的戊二烯基抽氢自由基.此外阳离子自由基随着 温度的升高为酰基自由基,后者能攻击母体分子生成a一虢抽氢自 由基和戊二烯基自由基.口一生 育酚对亚抽酸辐射氧化的保护效应主要是基于氢原子转移机理. ?考文献 lBescettaE,G~mstoneED.ScrimgeourCM.WaltonJC.J.Chem.Soc.Chem.Comm..1982. 11O 2alT.KanedaT.Agric.Bia1.CheH1..1984.48I2593 3YanezJ.SevillaCL.BeckerD,SeviUaMD.J.Phys.Chem,.1987.91l487 4FaucitanoA,LoeatelliP.PerottoA.FaucitanoMartinottiF.J,Chem..SOc..Perikn?1972.2l 1786 5BecketD,YanezJ.SeviUaMD.J.Phys,Chem..1987,91l427 6BennettJ_EmmleR.J.Chem.See..FaradayTrans,21973.69l1048 FaucitanoA.PerottiA.All~raG.FaucitanoMartiz~ottiF.J.Phys.Chem..1972.76l801 Sev~UaCL.SwartsS.SeviIIaMD.J.Am.Oila】em.So~.,1983.60l950 SevtIlaMD?SwartsS.BeardenR.MorehouseKM,VartanlanT—J.Phys.Ch em.,1981,89I 9l8 6辐射研究与辐射工艺第?卷 ESRSTUDIES0FRADIAT10NINDUCEDRADICAL PR0DUCTSFR0MLIN0LECA?ANDUN0LENIC ACmANDTHERAD10PR0TECTIVE EFFECTBY0一T0C0PHER0L ZhuYounanTuTiechengDongJirongZhangJiashanLinNianyun (ShahghaiInstitute0,NuclearRe~earch.AcademicSinica,SI~ngho:,201800) ABSTRACTPrimaryradicaIsfromthev—radiolysisofair—saturatedlinoI cicacid andlinolenicacidat77K,andthesubsequentsecondaryradicalsappearedduHngthe courseofvartabletemperatureelevationwereinvestigatedbyESR.TheESRspcctrum fromsamplesirradiatedandobservedat77Kshowsthepresenceoftheradicalanion doubletarisedfromtheelectronadductsoftl1ecarboXygroupsandthepoorlyresol- vedbroadsingletresultsfromsomecarbon-centeredradicaIs.Annealingtoapproxi— mately125KwhichallowformolecIllaroxygenmigrationresultsintheformation ofpctoxylradicals.At247K.theESRspectrumisamuhi—linepatternwhichi s attributabletostructureofthe口一 carbonradicalsuperimposedonthepentadienylra- dicals. TheESRspcctrafromlinoleicacid_一 a—tocopherolandlinolcnicacid——a— tocopherolbinarysystemsirradiatedat77Kandrecordedat140Kor215Krevealed thecharacteristicsimilaritytothatfrom口一 tocopherolalone.notraceofESRsignal fromeitherperoxylorthecompositepatternfromsuperpositionofpentadieny lradi- 曲landa-carbonradicaiscanbefoundout.Therefore口一 tocopherolhasexertedra— dioprotectioneffectonperoxidationoflinoleicacidandlinolenicacid. KEYWORDSESR,Linolcicacid,Linolcnicacid,Radical?口一 tocopherol,H-atom transferprotection,Radioproteetion