自由基與抗氧化

第十章

自由基與抗氧化第一節(jié)概述一、氧氣

氧氣的出現(xiàn)，大約在2109年之前。由于包括氧氣在內(nèi)的一些光化學(xué)合成，地球上才出現(xiàn)簡(jiǎn)單生物。氧氣在有機(jī)溶劑中的溶解度為水的7~8倍。在疏水的生物膜中，氧氣的濃度也是很高的，這是細(xì)胞膜容易引起氧氣損傷的重要原因。

當(dāng)氧氣濃度高于大氣正常濃度時(shí)，就會(huì)對(duì)人、動(dòng)物和植物和一切需氧生物產(chǎn)生氧損傷。

高氧濃度對(duì)動(dòng)物組織的損傷動(dòng)物氧濃度暴露時(shí)間組織損傷情況成年鼠5個(gè)大氣壓純氧75’心臟心臟纖維損傷、線粒體腫脹貓8個(gè)大氣壓純氧50’腎腎小管腫脹、腎小球不正常大鼠0.3個(gè)大氣壓純氧3天肝線粒體損傷猴子0.5個(gè)大氣壓純氧22天肝光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)增生、糖原減少地鼠79%氧氣3~4周睪丸曲精上皮細(xì)胞解體、精子產(chǎn)生減少人高壓氧治療耳內(nèi)耳出血、變聾豚鼠70%氧氣6~36天骨髓紅細(xì)胞生長(zhǎng)受抑制Thesamethingthatmakesyoulivecankillyouintheend.二、什么是自由基

“一個(gè)分子或分子的一部分，它的化學(xué)鍵經(jīng)過(guò)修飾之后，一個(gè)未成對(duì)電子留在這個(gè)體系。”

——20世紀(jì)50年代“任何能夠獨(dú)立存在的，包含一個(gè)或多個(gè)未成對(duì)電子的原子或原子團(tuán)都稱(chēng)為自由基?！?/p>

——20世紀(jì)70年代“任何包含一個(gè)未成對(duì)電子的原子或原子團(tuán)，均稱(chēng)之為自由基”

——

目前未成對(duì)電子

ABA?+B?

A?

和B?就稱(chēng)為自由基。如：

H?

?OH

Cl

?CH3?

CCl3?自由基的三個(gè)明顯特點(diǎn)

反應(yīng)性強(qiáng)具有順磁性壽命短第二節(jié)自由基的來(lái)源和性質(zhì)一、概念：大多數(shù)化學(xué)鍵由雙電子形成。這種鍵斷裂時(shí)有二種可能：一種是異裂反應(yīng)(heterolyticfission)，成鍵的兩個(gè)電子分給兩種分裂產(chǎn)物之一，生成物為離子。另一種是均裂反應(yīng)(homolyticfission)，兩個(gè)電子均分給兩個(gè)產(chǎn)物，此過(guò)程中產(chǎn)生的分裂物稱(chēng)為自由基（free-radical），在溶液中呈均一狀態(tài)。

自由基是指分子、原子或基團(tuán)中有未配對(duì)電子的一類(lèi)物質(zhì)，如下述反應(yīng)中的A·和B·，還有NO、NO2、I·及Na·等均具有未配對(duì)電子。絕大多數(shù)自由基壽命短，生成后不穩(wěn)定，易被周?chē)h(huán)境吸收。在化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究中，發(fā)現(xiàn)自由基參與的反應(yīng)占相當(dāng)大比例。

既然自由基的外層具有不成對(duì)的價(jià)電子，它很容易從周?chē)肿由蠆Z得1個(gè)電子或失去1個(gè)電子以恢復(fù)成對(duì)，所以自由基具有壽命短和活潑性強(qiáng)兩個(gè)特點(diǎn)。從氧衍生出來(lái)的自由基及其產(chǎn)物稱(chēng)為活性氧(ReactiveoxygenspeciesROS)。如氧還原成水的過(guò)程中一共接受4個(gè)電子，最終生成水分子。但氧在其氧化過(guò)程中每一次只接受一個(gè)電子，經(jīng)過(guò)四步才生成水。

O2＋e→·

·＋e→H2O2

H2O2＋e→H2O+OH·

OH·＋e→H2OHalf-lifeofCommonFreeRadicalsSuperoxideionO2.-10-5secHydroxylradicalOH.10-9secAlkoxyl

radicleRO.10-6secPeroxynitriteONOO-0.05-1secPeroxylradicalRO2

.

7secHydrogenperoxideH2O2StableHypochlorousacidHOClStableSingletoxygen1O210-6sec二、自由基的來(lái)源（一）放射線照射（二）機(jī)體周?chē)杂苫吧砦锏霓D(zhuǎn)變（三）生物體內(nèi)活性氧的生成機(jī)體在代謝中不斷產(chǎn)生的自由基，種類(lèi)繁多，其中以活性氧最多。HowarefreeradicalsformedTheyarederivedintwoways1)internally2)externallyInternallya)Primarysourceisfromourbodyduringenergyproductioninthemitochondria.b)Fromfoodsthathaveadestructivepotential.c)Duringnormalmetabolismoffat,carbohydratesandproteins.d)Stress-allchemicalsandsome

endocrinehormonescreatefreeradicals.e)Lowbloodsupply-whichoccursduringheartattacksandstrokealsoformfreeradicals.EndogenoussourcesofROSandRNSMitochondriaLysosomesPeroxisomesEndoplasmicReticulumCytoplasmMicrosomalOxidation,Flavoproteins,CYPenzymesMyeloperoxidase(phagocytes)ElectrontransportOxidases,FlavoproteinsPlasmaMembraneLipoxygenases,ProstaglandinsynthaseNADPHoxidaseXanthine

Oxidase,NOSisoformsFeCuTransitionmetalsMitochondrialproductionofROSPeroxisomesasasourceofROSandRNSEnzymesinmammalianperoxisomesthatgenerateROSSchader&Fahimi,HistochemCellBiol,2004Externallya)Environmentalcontaminantssuchasfrompollutionandcigarettesmokeincreasesfreeradicalloadtremendously.b)IonizingandultravioletradiationsuchasfromoverexposuretosunlightandprolongedexposuretoX-rays.c)Overexercising.d)Toxicchemicalsinpesticidesandinsecticides.e)Petroleum-basedproducts.f)Unhealthyfoods-fattydietsmadeupofprocessedfoods,friedfoods,barbecuedandcharbroiledfoods.g)Alcoholandcoffee.h)Toxicproductsfoundinfurniturepolishandpaintseg,toluene,benzeneandformaldehyde.i)Lowintakeoffruitsandvegetables.j)Lackofantioxidantsupplements.⑴環(huán)境因素a、

空調(diào)、冰箱的大量使用，破壞了臭氧層b、工業(yè)化導(dǎo)致大量二氧化碳和有害氣體產(chǎn)生c、

很多殺蟲(chóng)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)，都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生自由基d、由于大量殺蟲(chóng)劑、化學(xué)肥料和除草劑的使用，使土壤貧瘠，缺少原有的營(yíng)養(yǎng)成分。⑵膳食因素a、

生活節(jié)奏加快b、

只吃精制的大米和面粉c、

日常的飲水量減少d、

我國(guó)人民肉食以豬肉為主⑶生活方式a、運(yùn)動(dòng)能避免自由基的侵襲b、生活高度緊張，使應(yīng)激反應(yīng)增加c、酗酒、吸毒都會(huì)促進(jìn)體內(nèi)自由基的產(chǎn)生d、

孤獨(dú)和離群索居會(huì)使腦功能退化UVradiationH2O2 OH.+OH.UVBUVA=320-400nmUVB=290-320nmUVC=100-290nmPrimarilyaconcerninskinandeyeCanalsocauseDNAdamageCanformsingletoxygeninpresenceofasensitizerIonizingradiationg-rays2H2O H2O+e-+H2O*H2O* H+.OHHighenergyradiationwillresultin.OHDiseaseslinkedtooxyradicalsandreactiveoxygenspecies

·Cancer.·Arteriosclerosis,atherosclerosis.·Heartdisease.·Cerebrovasculardisease.·Stroke.·Emphysema(Crossetal1987).·Diabetesmellitus(Satoetal1979).·Rheumatoidarthritis(Crossetal1987,Greenwald&Moy1979,1980,Halliwell1981,1989,DelMaestroetal1982,Fligieletal1984).·Osteoporosis(Hooper1989,Stringeretal1989).·Ulcers.·Sunburn.·Cataracts(Niwa&Hansen,1989,Yagi1977).·Crohn'sdisease(Niwa&Hansen1989).·Behcet'sdisease·Aging·Senility

1．活性氧種類(lèi)：氧是偶電分子，分子中存在一個(gè)σ鍵和兩個(gè)三電子π鍵。O2可呈現(xiàn)兩種狀態(tài)，即單線態(tài)（singletstate）又稱(chēng)為激發(fā)態(tài)，以1O2表示；另一種為三線態(tài)（tripletstate），又稱(chēng)為基態(tài)，以3O2表示，3O2可吸收能量變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)；

氧是一個(gè)重要的電子受體，因所得電子數(shù)不同，氧可產(chǎn)生多種還原產(chǎn)物：O2·-

、·OH及H2O2，他們的E01均比O2高，具有強(qiáng)的氧化能力。O2+e→O2·-

O2+2e+2H+→H2O2

O2+3e+3H+→·OH+H2OO2+4e+4H+→2H2O2．活性氧的生成性質(zhì)（1）超氧陰離子自由基（O2·-

）（2）過(guò)氧化氫（H2O2）（3）氫氧自由基（·OH）（4）單線態(tài)分子氧（1O2）（5）過(guò)氧化脂類(lèi)（1）超氧陰離子自由基（O2·-

）

O2·-是O2被一個(gè)電子還原生成，再由O2·-產(chǎn)生其它活性氧，O2·-是造成氧毒性的主要物質(zhì)。超氧陰離子自由基在水溶液中的存活時(shí)間約為1秒，在脂溶性介質(zhì)中的存活時(shí)間約為1小時(shí)。和其它活性氧相比，超氧陰離子自由基不很活潑。但是由于它壽命較長(zhǎng)，可以從其生成位置擴(kuò)散到較遠(yuǎn)的距離，達(dá)到靶位置，從這種意義上講，超氧陰離子自由基具有更大的危險(xiǎn)性。其次，由于它是生物體中第一個(gè)生成的氧自由基，又是所有氧自由基的前身，可以轉(zhuǎn)化為其他氧自由基，因此具有非常重要的意義。

HOO?O2–?

+H

O2·-既可起氧化作用，也可作為還原劑，當(dāng)O2·-作為還原劑時(shí)，產(chǎn)物為H2O2。

O2·-的消除主要經(jīng)超氧化物歧化酶（SOD）催化生成O2和H2O2：

O2·-可被維生素C還原生成H2O2，維生素C使O2·-還原的速度與SOD催化的反應(yīng)速度常數(shù)相當(dāng)，細(xì)胞內(nèi)維生素C濃度高，因此維生素C有與SOD同等程度消除O2-的作用。O2·-還可被維生素E及谷胱甘肽（GSH）還原生成H2O2，GSH的-SH還原作用約相當(dāng)于SOD的10%。TheGlutathioneOxidationReduction(Redox)Cycle維生素E抗氧化和消除自由基的機(jī)制（2）過(guò)氧化氫（H2O2）H2O2可由O2·-的歧化反應(yīng)生成，在D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶、葡萄糖氧化酶及亞硫酸鹽氧化酶等作用下，把O2·-作為電子受體，經(jīng)兩個(gè)電子還原生成H2O2，

2O2·-+2H+H2O2+O2

在線粒體中也能直接生成H2O2。H2O經(jīng)放射線照射，一次生成·OH，再生成H2O2。

H2O2較穩(wěn)定，反應(yīng)性低，在體內(nèi)濃度也比較低，(大鼠肝臟中為10-9M)，對(duì)機(jī)體幾乎無(wú)毒性；H2O2可與鐵離子生成反應(yīng)性非常高的·OH：H2O2+Fe2++H+→·OH+Fe3++H2O

H2O2的消除依賴(lài)于兩種酶，一是過(guò)氧化氫酶，催化H2O2歧化反應(yīng)：2H2O2→2H2O+O2；二是谷胱甘肽過(guò)氧化物酶。在GSH參與下使H2O2分解，GSH則變成氧化型谷胱甘肽。這兩種酶可消除體內(nèi)H2O2及過(guò)氧化物，防止血紅蛋白及肝細(xì)胞膜部分被氧化破壞的可能。（3）氫氧自由基（·OH）

羥基自由基是已知的最強(qiáng)的氧化劑，反應(yīng)性極強(qiáng)，壽命極短，在水溶液中僅為10-6s。它幾乎和所有細(xì)胞成分發(fā)生反應(yīng)，對(duì)機(jī)體危害極大，但由于它的作用半徑小，僅能和鄰近分子反應(yīng)。體內(nèi)·OH從O2直接生成的反應(yīng)尚不清楚，機(jī)體可由O2-生成系與H2O2生成系共同形成·OH自由基。水經(jīng)放射線照射后的一級(jí)反應(yīng)產(chǎn)物是·OH，由于·OH氧化能力很強(qiáng)，因此對(duì)機(jī)體毒性很大。H2O2+Fe2++H+→·OH+Fe3++H2OH2O2+O2·-

+H+→·OH+H2O+O2-（4）單線態(tài)分子氧（1O2）1O2是一個(gè)強(qiáng)的親電子性的氧化劑，可用化學(xué)方法生成，也可由H2O2經(jīng)氧化生成，即H2O2由次氯酸氧化生成1O2：NaClO+H2O2→1O2+NaCl+H2O2Theactiveoxygensystem.Inbiologicsystemsmolecularoxygenisreducedtowaterinfouroneelectronsteps.Reductionofmolecularoxygentosuperoxide,andofperoxidetohydroxylradicalare"spinforbidden"andthusareslowunlesscatalyzedbyaheavyion.Alternativespin-permittedpathwaysforthereductionof02includeinteractionofmolecularoxygenwiththeexcitedtriplestateofanothermoleculetoproducesingletoxygenoranexcitedstatemoleculeandjumpstoahigherenergyorbitalonthesameatom.Excited-statespeciesproducedmaybehighlyreactiveandparticipateinreactionsnotunlikethoseoffreeradicals.Singletoxygenitselfastrongoxidizingagent,mayberesponsibleforsomeoftheeffectsassignedtootheractiveoxygenspeciessuchassuperoxide.Rolesforsingletoxygenhavealsobeenpostulatedinphotosensitizedreactions,andinantimicrobialdefense..（5）過(guò)氧化脂類(lèi)

人體內(nèi)主要有亞油酸、亞麻酸及花生四烯酸，多以磷脂形式存在于質(zhì)膜等生物膜中。這些不飽和脂肪酸可受1O2氧化，也可經(jīng)·OH氧化生成過(guò)氧化脂質(zhì)，生物膜上脂類(lèi)既可在O2·-作用下生成過(guò)氧化脂質(zhì)（LO·、LOO·、LOOH），也可經(jīng)放射線照射生成脂類(lèi)自由基（L·），這種在脂類(lèi)中微量存在的L·，在氧參與下進(jìn)行鏈鎖反應(yīng)，加速過(guò)氧化過(guò)程，如圖所示。過(guò)氧化脂質(zhì)化學(xué)性質(zhì)活潑，易進(jìn)一步使脂類(lèi)分解引起自由基反應(yīng)，也可使GSH氧化，而本身變成較穩(wěn)定的脂類(lèi)羥基化合物（LOOH）。

不飽和脂肪酸在1O2等作用下，被氧化成過(guò)氧化脂（LOOH），LOOH又可進(jìn)一步使脂肪酸氧化，脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)及其脂質(zhì)自由基的生成如圖所示。

以上所述的1O2、O2-、H2O2、·OH及LOOH等統(tǒng)稱(chēng)為活性氧，但是體內(nèi)不能產(chǎn)生活性的O2+及原子氧?；鶓B(tài)氧本身毒性很低，但是O2·-

、H2O2、·OH、1O2及LOOH毒性較大，這種活性氧的毒害作用稱(chēng)為氧的毒性。

三、自由基的性質(zhì)

1．抽氫反應(yīng)這是一個(gè)非常普遍的反應(yīng)，自由基從反應(yīng)物中抽取一個(gè)氫，形成新的自由基

HydrogenabstractionR. + LH RH + L.典型例子有

CH3+Cl2 CH3Cl+Cl

Cl++C2H6

HCl+C2H5

3.歧化反應(yīng)

兩個(gè)自由基反應(yīng)，自由基反應(yīng)，一個(gè)被氧化，一個(gè)被還原

2.自由基化合反應(yīng)

兩個(gè)自由基互相結(jié)合自我湮滅的反應(yīng)2CH2—CH3 CH2＝CH2+CH3—CHTerminationR. + Y. R-YR+R R—RDisproportionationCH3CH2.+CH3CH2. CH3CH3+CH2=CH24.加和反應(yīng)R+A—C＝C—B A—C—C—B

Cl+A—C—C—B A—C—C—B

RRRCl5.芳環(huán)取代

Ar—H+C6H5

Ar—C6H5+H

Ar—H+C6H5

Ar

+C6H5

6.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

hυCl2 2Cl

鏈啟動(dòng)Cl+H2

HCl+H

鏈增長(zhǎng)H

+Cl2

HCl+ClH+H

H2

鏈終止

Cl+Cl

Cl2Cl+H

HCl第三節(jié)氧化損傷對(duì)機(jī)體功能的影響一、脂質(zhì)過(guò)氧化和氧自由基1.細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化的兩個(gè)重要條件：氧氣和不飽和脂肪酸。2.脂質(zhì)過(guò)氧化過(guò)程Initiation LH+X?L?+XH2. Propagation L?+O2LOO? LOO?+LHL?+LOOH3. Termination 2LOO? non-radicalproducts L?+LOO? non-radicalproducts L?+L? non-radicalproducts

花生四烯酸抽氫分子重排

共軛二烯環(huán)過(guò)氧自由基環(huán)內(nèi)氧自由基

斷裂生成醛類(lèi)二．自由基對(duì)核酸的損害在生物體以水為介質(zhì)的環(huán)境中，大劑量的輻射可直接使DNA斷裂。較小劑量的輻射對(duì)DNA的損害主要表現(xiàn)為DNA主鏈斷裂，堿基降解和氫鍵破壞。氫鍵破壞可能是主鏈斷裂或堿基降解所造成的次級(jí)反應(yīng)?，F(xiàn)一般認(rèn)為，輻射造成的這些變化是因?yàn)檩椛淠茏饔糜谒顾纸?，其一?jí)反應(yīng)可產(chǎn)生水陽(yáng)離子和電子。后者再與水反應(yīng)及相互作用(即二級(jí)反應(yīng))，產(chǎn)生活潑的氫自由基H·、氫氧自由基OH·、水化電子?？膳cO2反應(yīng)生成·。這些自由基又可通過(guò)連鎖反應(yīng)生成新的自由基。

如OH·和H·加成至堿基雙鍵中時(shí)，最敏感的是胸腺嘧啶。OH·加成到胸腺嘧啶的5、6雙鍵中，OH·結(jié)合到C6或C5上，腺嘌呤C7或C8上等。生成的這些嘧啶和嘌呤自由基可互相結(jié)合，或再通過(guò)O2、·及H＋等反應(yīng)生成過(guò)氧化物。這些變化可造成堿基破壞，從而產(chǎn)生遺傳突變。

OH·和H·還能從核酸的戊糖部分提取氫，因而在DNA的脫氧核糖部分形成自由基。如該反應(yīng)發(fā)生在4‘位碳原子處，會(huì)使DNA主鏈斷裂，并產(chǎn)生醛類(lèi)如丙二醛；還可能發(fā)生堿基缺失，造成遺傳信息的突變。胸腺嘧啶受自由基攻擊及其產(chǎn)物R3CH＋OH·→R3C·＋H2O

R3CH+OH·→R3C·＋H28-hydroxyguanine 8-hydroxyadenine 2-hydroxyadenine5,8-dihydroxycytosine thymidineglycol 5-hydroxymethyluracilDNAoxidationproductsOxidationofdeoxyribose(DNAbackbone)+B+StrandBreaksAldehydeproductsApurinic/apyriminicsitesO2

三、自由基對(duì)蛋白質(zhì)的損害自由基直接作用于蛋白質(zhì)，或通過(guò)與脂質(zhì)過(guò)氧化后的產(chǎn)物作用，可使蛋白質(zhì)(包括有各種生物活性的蛋白質(zhì))的多肽鏈斷裂，個(gè)別氨基酸發(fā)生化學(xué)變化；或使蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)聚合作用，進(jìn)而使細(xì)胞的功能發(fā)生變化。如氫氧自由基可直接作用于肽鍵，使肽鍵斷裂。這一反應(yīng)首先發(fā)生在化學(xué)性質(zhì)比較活潑的碳原子上，奪取碳原子上的氫，使碳原子氧化成過(guò)氧基。再與附近活潑氫結(jié)合成水，使肽鍵轉(zhuǎn)變成亞胺基肽的中間產(chǎn)物。在酸性條件下，亞胺基肽水解而斷裂，破壞了蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。

蛋白質(zhì)受自由基攻擊及其產(chǎn)物

總之，自由基使所在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生多位點(diǎn)損傷，這些損傷的積累是機(jī)體老化的重要原因。由于自由基存在時(shí)間極短，濃度又低(10-11～10-9mol／L)，較難測(cè)定，因而可通過(guò)測(cè)定細(xì)胞內(nèi)自由基的產(chǎn)物，如脂褐質(zhì)和過(guò)氧化脂質(zhì)(1ipidperoxide，LPO)，以它們的積累量作為衡量自由基多寡的衰老生物學(xué)指標(biāo)。

ProteintargetsforROSCysteine

MethionineTyrosineHistidineTryptophanOxidizedproteinsandaminoacidsfoundinbiologicalsystemsTheOzoneLayerandCFCs第四節(jié)氧化損傷對(duì)疾病的影響

活性氧參與許多疾病的病理過(guò)程，如心血管病、某些類(lèi)型的癌癥、白內(nèi)障、老年型黃斑變性及多種神經(jīng)退行性疾病等，其中氧化損傷是一個(gè)重要原因。越來(lái)越多的臨床和干預(yù)試驗(yàn)材料表明，抗氧化劑有可能有效地預(yù)防和阻止疾病狀態(tài)的發(fā)展。1．氧化損傷與動(dòng)脈粥樣硬化大多數(shù)心血管病的主要原因是動(dòng)脈粥樣硬化。在動(dòng)脈粥樣硬化的指紋期，在血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)(如膽固醇)發(fā)生沉積。越來(lái)越多的證據(jù)表明：在巨噬細(xì)胞吞噬低密度脂蛋白(LDL)前，首先是LDL的氧化。許多學(xué)者認(rèn)為L(zhǎng)DL的氧化是一種危險(xiǎn)因素，而且有致病作用。巨噬細(xì)胞吞噬了氧化型LDL形成泡沫細(xì)胞，或者氧化型LDL釋放有毒的脂質(zhì)過(guò)氧化物，或者氧化型LDL具有化學(xué)吸引特性。流行病學(xué)研究指出，攝入親脂性抗氧化劑(如維生素E和類(lèi)胡蘿卜素)與動(dòng)脈粥樣硬化預(yù)防有著正相關(guān)的關(guān)系。自由基與動(dòng)脈粥樣硬化細(xì)胞氧化修飾LDL的可能機(jī)制

2．氧化損傷與致癌致癌是一個(gè)復(fù)雜的多階段過(guò)程，包括啟動(dòng)、促進(jìn)和進(jìn)展三個(gè)階段。體外研究表明，DNA氧化損傷導(dǎo)致DNA的單鏈或雙鏈斷裂，DNA交聯(lián)及染色體斷裂或重排異常。當(dāng)細(xì)胞暴露于氧化應(yīng)激時(shí)，可檢測(cè)到DNA的堿基被修飾，如羥基胸腺嘧啶和羥基鳥(niǎo)嘌呤。DNA的堿基修飾是致癌第一步，可能導(dǎo)致點(diǎn)突變、缺失或基因擴(kuò)增?；钚匝踹€能使清除強(qiáng)致癌劑的解毒物的酶失活。流行病學(xué)的資料也支持抗氧化劑是通過(guò)清除活性氧而預(yù)防癌癥發(fā)生。3．氧化損傷與白內(nèi)障和老年黃斑變性白內(nèi)障及老年黃斑變性損傷是由氧化損傷造成的視力損害。老年性白內(nèi)障是指晶狀體渾濁。因?yàn)檠劬铙w經(jīng)常暴露于光和氧中，形成的活性氧與晶體蛋白起反應(yīng)發(fā)生聚合和沉淀。臨床資料支持大劑量攝入維生素C、維生素E能預(yù)防和延緩白內(nèi)障發(fā)展。老年性黃斑變性(age-relatedmaculardegeneration，AMD)是老年人視力損害的一個(gè)重要原因。黃斑色素是光到達(dá)黃斑區(qū)必須通過(guò)的第一個(gè)顏色濾過(guò)器。葉黃素(lutin)和玉米黃素(zeaxathin)是該區(qū)主要色素。黃斑色素的功能可能是預(yù)防藍(lán)光引起的光氧化作用(photo-oxidation)，藍(lán)光通過(guò)產(chǎn)生1O2及·以損傷視細(xì)胞。葉黃素等類(lèi)胡蘿卜素能清除1O2和·從而降低AMD發(fā)生的危險(xiǎn)。4．氧化損傷與神經(jīng)元疾病已有資料表明，在一些與神經(jīng)元進(jìn)行性退化性疾病如帕金森氏癥、阿爾茨海默癥的發(fā)展進(jìn)程中，氧化應(yīng)激可能起一定作用?；钚匝跄苷T導(dǎo)細(xì)胞壞死和凋亡。脂質(zhì)過(guò)氧化作用可能導(dǎo)致細(xì)胞膜破裂及膜兩側(cè)離子梯度紊亂。細(xì)胞培養(yǎng)的研究表明，細(xì)胞內(nèi)的抗氧化巰基耗竭后，神經(jīng)元可能壞死。NO被認(rèn)為是在病理情況下神經(jīng)元壞死的一種重要介質(zhì)。NO引起的毒性可能是NO·與

·反應(yīng)最終形成過(guò)氧亞硝基鹽。自由基與細(xì)胞凋亡氧化誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制及其調(diào)節(jié)第五節(jié)機(jī)體對(duì)自由基的防御作用一、超氧化物歧化酶作用

SOD是催化O2·-歧化反應(yīng)的酶類(lèi)，這種歧化反應(yīng)屬于自身氧化還原反應(yīng)，O2·-的歧化反應(yīng)在H-存在下，經(jīng)SOD催化，一半O2·-氧化為O2，O2·-的另一半還原為O22-。

SOD+O2·-→SOD-+O2SOD-+O2·-+2H+→SOD+H2O2

（SOD：氧化型，SOD-：還原型）

SOD是生物對(duì)抗O2·-毒性的酶，產(chǎn)物之一H2O2又可與O2·-相互作用（Haber-Weins反應(yīng)）產(chǎn)生OH·，借以清除細(xì)胞內(nèi)O2·-

。缺氧條件下，培養(yǎng)的大腸桿菌里SOD含量少；有氧條件下，培養(yǎng)的大腸桿菌里SOD含量高。如果將上述兩種大腸桿菌置于20個(gè)大氣壓的O2及N2條件下培養(yǎng)，當(dāng)即見(jiàn)到無(wú)O2條件下預(yù)先培養(yǎng)的大腸桿菌迅速死亡；有O2條件下，預(yù)先培養(yǎng)的大腸桿菌對(duì)O2有抵抗性，因此，SOD在防止O2·-的毒性方面具有重要意義。SOD有含Cu、Zn的SOD（Cu、Zn-SOD），含F(xiàn)e的SOD（Fe-SOD）及含Mn的SOD（MnSOD）三種存在形式。生物界中，細(xì)菌等原核生物及線粒體含有Fe-SOD和Mn-SOD，與高等動(dòng)物所含的Cu、Zn-SOD相比，其蛋白質(zhì)部分截然不同。目前從牛紅細(xì)胞中提取了比較多的Cu、Zn-SOD，其結(jié)晶純品已開(kāi)始用于臨床。各種SOD進(jìn)行的歧化反應(yīng)稍有不同，F(xiàn)ielden等測(cè)出Cu、Zn-SOD中的Cu有1/4處于還原不被氧化狀態(tài)，這是因?yàn)橛幸徊糠諧u與O2·-進(jìn)行反應(yīng)，另一部分處于非反應(yīng)狀態(tài)。Pick等測(cè)出大腸桿菌的Mn-SOD對(duì)O2·-的催化反應(yīng)有兩種速度，推測(cè)Mn-SOD以三種形式存在并參與反應(yīng)。Fe-SOD參與反應(yīng)的機(jī)制與Cu、Zn-SOD一樣按兩步進(jìn)行：

SOD生理功能可歸納為：保護(hù)細(xì)胞，對(duì)抗氧的毒性；有助于H2O2濃度的調(diào)節(jié)，對(duì)付微生物的侵害。二、維生素E的作用維生素E又名生育酚，天然的生育酚有七種，其中分布最廣泛的是α-生育粉，具有抗氧化作用。維生素E可抑制肝細(xì)胞內(nèi)微粒體的過(guò)氧化脂類(lèi)的生成。據(jù)報(bào)道，給予鼠維生素E有延長(zhǎng)壽命的作用，在胎兒成纖維細(xì)胞傳代培養(yǎng)中，給予維生素E者，傳代數(shù)增加，可抑制過(guò)氧化脂類(lèi)生成，其原因是作為生物體內(nèi)自由基淬滅自由基（LOO·）生成的苯羥自由基的過(guò)程可被巰基化合物還原，特別是被GSH還原成生育酚，從而使生育酚能更有效的發(fā)揮作用。

維生素C也有與維生素E同樣的作用，然而維生素E是脂溶性，維生素C是水溶性，其作用場(chǎng)所不同，維生素C可使水中自由基淬滅，在防止膜受攻擊上有重要意義。三、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶的作用體內(nèi)H2O2可被氧化酶和氧化物酶轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O2消除H2O2的毒性。過(guò)氧化氫酶可催化兩兩分子H2O2生成H2O2和O2，過(guò)氧化物酶利用H2O2直接胺類(lèi)等物質(zhì)，某些組織中含有一種含硒的谷胱甘肽氧化酶，可使LOOH或H2O2與GSH反應(yīng)將LOOH變成無(wú)毒的醇類(lèi)。

活性氧的代謝途徑及清除體如圖9-5所示第六節(jié)脂質(zhì)過(guò)氧化的保護(hù)——抗氧化劑1、非酶抗氧化劑VitaminCVitaminEVitaminA胡蘿卜素2、酶促抗氧化劑谷胱甘肽過(guò)氧化物酶SODFIGURE6.Antioxidantdefense-enzymes.Threeimportantintracellularenzymesconstituteantioxidantdefense;superoxide

dismutase(SOD),catalase,andtheGSHperoxidase/GSSGreductasesystem.SODcatalyzesthedismutationofsuperoxide,catalasetheconversionofhydrogenperoxidetoH2OandO2,whileGSHperoxidasetransferselectronsfromGSHtoreduceperoxidestowater.Theoxidizedglutathioneproduced(GSSG)isre-reducedbacktoGSHbyglutathionereductaseutilizingNADPHproducedbytheHMPshunt.actingasanenzymecofactor.

BenefitsofAntioxidants

Antioxidantscanbecategorizedasa)water-solubleorb)fat-solubleanddividedaccordingto

sourceoforigin.Withinthebodya)Superoxide

dimutase(SOD)-preventsthedamagecausedbythetoxicoxygenmoleculeknownassuperoxide.SODoccursnaturallyinbarley,broccoli,cabbage,wheatgrass,brusselssproutsandgreenplants.b)Glutathione-isanaminoacidwhichisconvertedbyourbodiesintoglutathioneperoxidase,apowerfulantioxidant.Someover-the-counterdrugssuchasacetaminophenandibuprofenmaydepleteglutathionelevels.Glutathioneisamajorcellularcleanserandafreeradicalscavenger.Itdetoxifiesheavymetalsanddefendsagainstdamagefromsmoking,radiationandchemotherapy.ExternalVitamins

Thebodyreliesonqualityfoodtoreplenishit'sinternalantioxidantstores.Fromwhole,unprocessedfoodscometheantioxidantsVitaminA,C&E.Clickhere

forthetoptenhealthy

foods.VitaminA-vitaminAanditsprecursorbetacarotenearepowerfulfreeradicalscavengers.VitaminC-ithasbeenproventimeandtimeagainthatvitaminCisapowerfulantioxidant.VitaminCcombinedwithbioflavanoidsbecomesevenmorepotent.Italsoenhancestheimmunesystemandmay

recycleotherantioxidantslikevitaminE.VitaminE-isapowerfulantioxidantaswell,andpreventsoxidationoflipids(oxidizedLDLisresponsibleforhardeningofarteries).Italsoimprovesoxygenutilization,enhancesimmunity,

maybe

usefulinpreventingcataractscausedbyfreeradicalsandhasaprotectiveeffectontheheart.Minerals

Selenium-

actssynergisticallywithvitaminEandmay

alsoincreasevitaminEuptake.Zinc-hasantioxidantpropertiesandisaconstituentofsuperoxide

dimutase(SOD).ItmayhelpkeepvitaminElevelsinbloodandaidin

absorptionofvitaminA.Semiessentialantioxidants

CoQ10-isanantioxidantthatmay

playanimportantroleingenerationofcellularenergy,immunesystemstimulationandalso

playarole

incertaincardiovascularconditions.Itmayexertits'antioxidanteffectbyscavengingsingleoxygen.Alphalipoicacid-mayenhancethefunctioningofvitaminE,vitaminCandglutathione.Itisbothwater-solubleandfatsolublethereforeisalsoknownasthe"universalantioxidant".Lutein-isfoundinvegetableslikespinachandkale.Itpromoteslong-termeyehealthin

twoways.Luteinprotectstheeyesfromdamagingeffectsofthesunand

asanantioxidantitprotectstheeyesfromfreeradicaldamageandpremature

aging.Thehumanbodyisunabletomanufacturelutein,sothebodymustrelyonluteinrichfoodsandsupplements.DHEA-isalsocalledthe"motherhormone",becauseitistherawmaterialformoststeroidhormonesproducedinthebody.Itactsasanantioxidantand

maybe

effectiveinpreventingpremature

agingandstress.Melatonin-mayprovidespecialprotectiontothenucleuswithinacell,thatcontainsDNA.

Itmay

stimulatetheenzymeglutathioneperoxidase.Also,usedasasleepaid.Herbsandplants

Pycnogenol

-itssourceispinebark,itisapotentantioxidant,maybemorepotentthanvitaminCandE,theBritishscientificjournal(LANCET)showedtheriskofheartdiseasewas50percentlowerinpeoplethatconsumedhighamountsofpycnogenol.

Grapeseedextract-alsoapowerfulantioxidantthatscavengesfreeradicals.Itmayinhibitenzymesthatattackcollagenandelastinthemainstructuralmaterialsofthearteries.Thus,itmay

preventarterialdamage.GinkgoBiloba-isausefulantioxidantknownforitsabilitytoenhancecirculation.Itmay

aidinmentalfunctioning,loweringbloodpressureandmayinhibitbloodclotting.CAUTIONmustbeobservedbyindividualstakingcertainmedicationslikeWarfarinbecauseginkgomayhaveanaddedeffectiftakenwithWarfarin(Checkwithyourphysicianfirst).

Ginkgoisalsotraditionally