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抗氧化与自由基全攻略
抗氧化与自由基专题(一)
基本概念
1956年,Harman提出了自由基衰老假说,并因此获得诺贝尔奖提名。数十年来,国内外抗氧化、自由基清除方面的研究十分活跃,自由基清除机理在保健食品、疾病治疗、化妆品的应用也取得长足进展,成绩斐然。尽管自由基理论尚有许多未明之处,但其意义毋容置疑。
大众对护肤品中的左旋C、维生素E等原料都非常熟悉,对抗氧化等相关知识的了解也越来越深入。由于炒作,很多人矫枉过正,对自由基深恶痛绝,甚至有人把自由基比喻为“万病之源”。
本贴开始将系统整理自由基相关资料,厘清一些概念。
一、氧化与还原
狭义的氧化,和氧气有关,比如燃烧,铁生锈等等。得氧的过程,称之为“氧化反应”;还原与氢相关,得氢的过程,称之为“还原反应”。
“氧化反应”与“还原反应”其本质为电子的得失或偏移,广义的“氧化反应”与“还原反应”衡量标准并非局限于是否得氧脱氢,而是以电子是否得失或偏移为判据。
有得必有失,氧化的同时,必然有物质被还原,因此合称“氧化还原反应”。
二、氧化剂、还原剂及其相对性
“氧化还原反应”中,得电子者称为“氧化剂”,失电子者称为“还原剂” 。
是否容易失去电子,决定了“还原剂”的还原能力,越容易失去电子,还原能力越强。同样的道理,得到电子的能力越强,其氧化性越强。
“氧化剂”“还原剂”是相对的,当通常的“氧化剂”碰到比它更厉害的角色,它的电子被抢,此时,“氧化剂”变为“还原剂”,同样的道理,“还原剂”碰到更容易丢电子的原料时,它变为“氧化剂”。
三、人体细胞的“氧化还原反应”
我们总提抗氧化,机体内的氧化剂从哪里来?主要根源在氧气。
我们吃下去的糖、脂肪、蛋白质,经过代谢,转化为乙酰辅酶A,进入三羧酸循环,在细胞线粒体中转化为能量,以ATP储存,转化过程中从原料脱下的氢,经过几步反应,与吸入的氧气结合,转化为水。此过程本质为“氧化还原反应”,称为“生物氧化”,不难理解,“氧化还原反应”是生命基础。
生物氧化过程中电子的传递,称为呼吸链。我们痛恨的自由基,就是在此过程产生的。呼吸链是抗氧化、清除自由基的基础,下来详细贴。
自由基
自由基(Free radical)是指含有未成对电子并且能单独存在的原子,原子团、分子。
自由基的主要特征在于其未成对电子,含未成对电子从能量的角度讲上是不稳定的,有强烈的配对倾向,要稳定必须向其他物质夺取电子而使自己的电子成对,因此自由基非常活泼。前贴已提到,夺取电子的行为我们称之为氧化剂。
自由基一旦生成,反应迅速,不难理解,它们是短命的,寿命短的自由基,半衰期是百万分之一秒甚至更短,命长的,也不过数秒。存在时间比较短决定它们游走攻击的范围比较窄。
人体内有许多种类的自由基:
1.氧自由基
氧自由基是存在最多的一种,大约占自由基总量的95%。氧自由基包括超氧阴离子(O2-·)、羟基自由基(OH·)、氢过氧基(HO2-·)、烷过氧基(ROO·)、烷氧基(RO·)等。
2.活性氧
氧气进入人体后最后生成水,此过程一共接受4个电子。
O2(氧气)+e(电子)= O2-·(超氧阴离子)
O2(氧气)+2e(电子)+2H+(氢离子)= H2O2(过氧化氢)
O2(氧气)+3e(电子)+3H+(氢离子)= H2O(水)+ OH·(羟基自由基)
O2(氧气)+4e(电子)+4H+(氢离子)=2H2O(水)
按自由基定义,此过程产生两种自由基,即超氧阴离子和羟基自由基,过氧化氢(我们消毒用的双氧水,其主要成分就是过氧化氢)不属于自由基。由于过氧化氢的强氧化性,氧化行为和自由基类似,故学术上引入“活性氧”定义,一并研究。
含有化学性质活泼的含氧功能基团,通称为活性氧(reactive oxygen species,ROS),此定义包括氧自由基、过氧化氢H2O2、单线态氧、过氧化物、氢过氧化物和内源性脂质及外来化合物的环氧代谢物。
3.非氧自由基
非氧自由基包括氮自由基(NO· )、半醌自由基等多种自由基。
线粒体自由基泄漏
线粒体是细胞内合成ATP的主要细胞器。在细胞的线粒体内膜,有一系列氧化还原酶,按一定顺序排列传递氢或电子,生物化学上称为呼吸链(respiratory chain)或称电子传递链(electron transport chain)。
线粒体呼吸链可拆分成四个具有传递电子功能的酶复合体,分别是:酶复合体Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ:它们分别是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸-泛醌还原酶,琥珀酸-泛醌还
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