關于氧自由基在生物體內中的作用第1頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日目錄背景氧自由基的概念自由基的種類氧自由基的產生氧自由基生物學作用氧自由基的檢測方法氧自由基的清除第2頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日背景

氧是維持人體生命活力最必需的物質，生物氧化是生命活動的基礎，但氧代謝的中間產物——各種氧自由基

(羥基自由基，超氧負離子自由基和脂類過氧自由基等)對機體卻具有損傷作用，可以造成生物膜系統損傷以及細胞內氧化磷酸化障礙。近年來，氧自由基在生物醫學中的作用已成為一個非常活躍的研究領域,臨床觀察資料和實驗研究結果表明，不少疾病的發生或其病理發展過程與自由基、脂質過氧化有關；人類的衰老過程也受其影響。氧自由基及其毒性已日益引起人們更多的注視。第3頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日健康長壽的殺手--氧自由基自由基：是指能獨立存在,含有1個或1個以上的不配對電子的任何原子或原子團,分為氧自由基和脂自由基。與人類疾病關系密切的自由基,統稱為活性氧或氧自由基,占人體內總自由基95%,是機體正常代謝的中間產物,由氧分子直接或間接衍化而成。氧自由基：是具有未配對電子的氧原子、原子團或分子。生理狀態下,機體吸人氧的98%通過一次接受4個電子與H十結合還原成水,另外2%的氧通過單價還原而成高能態不穩定的活性氧一一氧自由基。第4頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日種類氧自由基超氧陰離子自由基（O-2）羥自由基（OH.）單線態氧（1O2）氫過氧自由基（HOO.）烷自由基（R.）烷氧自由基（RO.）烷過氧自由基（ROO.）活性氧（ROS）第5頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日氧自由基的產生氧自由基的來源主要有兩個方面：

一是電離輻射、某些藥物、酒精、吸煙或高壓氧中毒等，這些稱外源性自由基；二是機體在代謝過程中產生自由基，即內源性自由基。內源性自由基的產生途徑：（1）紅細胞內的氧合血紅蛋白可自發轉變為高鐵血紅蛋白，從而鐵供出電子給O2,生成.O-2。（2）細胞內有的酶促反應以O2為受氫體，H2O2可以與.O-2在Fe2+或Cu+存在下生成HO.。（3）微粒體功能混合氧化酶翠花藥物等非營養物質羥化時，有黃素蛋白及細胞色素P450及O2參加，反應中有.O-2生成。（4）體內的醌類化合物，如輔酶Q的代謝產物可在氧化還原中生成半醌自由基，后者將單電子交給O2生成.O-2。第6頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日（5）吞噬細胞的“呼吸爆發”，在補體、Ga2+、白三烯或內毒素等的刺激下，吞噬細胞的氧攝取量增加，其胞膜下NADPH氧化酶活性增高，將O2還原成.O-2。（6）黃嘌呤氧化酶增多。黃嘌呤氧化酶（XO）的前身是黃嘌呤脫氫酶，存在于毛細血管內皮細胞內，正常人只有10%的XO的形式存在，90%為XD（黃嘌呤脫氫酶）。缺血時由于ATP減少，膜泵功能失靈，Ga2+依賴蛋白水解酶使XD大量轉變為XO,缺血時ATP不能用來釋放能量，而且還依次降解為ADP、AMP和次黃嘌呤，結果黃嘌呤大量堆集。再灌注時，大量的分子氧隨血液進入缺血組織，此時大量增加的黃嘌呤氧化酶在催化次黃嘌呤轉變為黃嘌呤，進而黃嘌呤轉變為尿酸的兩步反應中，都同時以分子氧為電子接受體，從而產生大量的.O-2和H2O2

，后者再在金屬離子參與下形成HO.。第7頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日氧自由基生物學作用氧自由基是一種不穩定的結構狀態，具有活潑的化學性質，極易發生連鎖反應，與其他物質結合為穩定的分子或生成新的自由基，正常情況下產生的氧自由基很少，且細胞內的超氧化物氣歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶能將其迅速清除，故組織內不會出現氧自由基的堆積，正常狀態下處于動態平衡。第8頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日1、對脂類的作用由于生物膜是由脂質組成,并且含有不飽和脂肪酸,極易受到氧自由基的侵襲而轉變成為過氧化脂質(LPO)。LPO及其降解產物(醛類及烴類)可加重生物膜的損傷,導致膜的流動性降低,從而使得細胞的變形能力下降,脆性增加。膜上的受體和離子通道的功能也均受到了影響,細胞膜的通透性增加。最終導致了細胞代謝的紊亂和細胞的壞死。2、對核酸的作用氧自由基可以作用于DNA，與堿基發生加成反應，而造成堿基的修飾，破壞堿基，

從而引起基因的突變；OH·可從核酸的去氧核糖C4部位奪取氫原子，使DNA鏈斷裂或堿基缺失，改變遺傳基因。氧自由基的反應產物可使核酸發生交聯，使DNA復制受阻。危害第9頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日3、對糖、蛋白質的作用糖、蛋白質是細胞的組成部分，氧自由基可作用于寡糖鏈中糖分子上的羥基碳，

使其氧化成不飽和的二聚體，引起細胞的多糖鏈破壞；蛋白質在氧自由基作用下，可發生蛋白質的交聯、聚合和肚鏈的斷裂導致蛋白質功能降低或喪失，

最終導致細胞的變性壞死。4、通過氧化反映改變關節等潤滑液粘性,出現類風濕。第10頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日益處1、氧自由基殺菌作用吞噬細胞殺死侵入機體的有害微生物時，通過“呼吸爆發”,氧耗量增加10～15倍,吞噬細胞的氧攝取量增加,其胞膜下NADPH(還原型輔酶Ⅱ)氧化酶活性增高，

將O2還原為·O-2，

通過·O-2

，殺死細菌。2、氧自由基細胞信號傳導作用自由基是機體內不可缺少的活性物質，它可作為第二信使參與細胞信號轉導

。人體內的前列腺素具有重要的生理學功能，

其合成與氧自由基的參與有關。從花生四烯酸合成前列腺素必須通過PGG2(前列腺素G2)和PGH2(前列腺素H2)的生成,在形成過程中需要氧自由基的參與,并可通過氧自由基反饋攻擊環氧酶，使之失活,控制前列腺素的合成。第11頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日3、參與解毒許多脂溶性藥物或毒物氧化的加氧酶系統要以.O-2作為中介物。如：吲哚胺-2,3-雙加氧酶、2-硝基丙烷加氧酶、多巴胺-羥化酶等作用可能是通過活性氧而發揮作用。第12頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日氧自由基的檢測方法

氧自由基含有一個未成對電子，具有順磁性和很高的反應活性。故氧自由基的檢測方法都是基于這兩個特性而發展起來的。目前氧自由基的檢測方法主要有電子共振自旋捕集法、比色法和化學發光法等。（1）電子自旋共振自旋捕集法（ESR）：自由基上的電子具有自旋特性，其旋轉過程會產生一個自選磁矩，如果自由基處于一個外磁場中，其電子的自旋磁矩與外磁場平行，能量最低；而當電子的自旋磁矩與外磁場反平行時，能量最高。用輻射的方法給處于的能級的電子一個相當于能級差的能量，使其躍遷至高能級，此過程稱為共振。將此共振信號收集并放大，即可得到ESR波譜，可用作判定自由基的存在和濃度。（2）化學發光法：氧自由基在反應過程中，釋放能量，產生化學發光，利用高靈敏度發光儀可直接觀察。為了提高觀察效果，同場加入魯米諾（Luminol）等作為光增效劑，活性態氧可是增效劑氧化激發，回到基態時釋放特定波長的光，測定其發光強度即可推算自由基的濃度。第13頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日（3）比色法：該方法主要用來測定.OH自由基，其原理是.OH自由基可以使細胞色素C從還原型轉化為氧化型。.OH+Cyt.c(II)

還原型的細胞色素Cyt.c(II)呈淺綠色，而氧化型的細胞色素Cyt.c(III)呈淺黃色，在此原理的基礎上可利用分光光度計測定一定波長下的吸光值，與空白對照，即可確定體系中.OH的量。OH-+Cyt.c(III)

第14頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日與自由基有關的疾病一、心血管疾病1、高血壓病：老年人高血壓可由于體內自由基水平增高，刺激小動脈收縮并引起成纖維細胞的增生，造成小動脈的纖維化，硬化，官腔變狹，血流阻力增加而引起。2、動脈粥樣硬化、冠心病：氧自由基在血清中和動脈壁引起的脂質過氧化反應損害了血管內皮細胞，促進了血脂的沉積。高濃度的LPO還可導致脂質多聚體的形成，妨礙脂質的運轉和清除。3、心肌細胞再灌注損傷：當心肌細胞缺血缺氧，自由基清除酶大量喪失，自由基增加，此時如給予再灌注，富氧輸入，自由基大量形成，導致嚴重的心率紊亂與心室收縮功能降低。第15頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日4、克山病，中毒性心肌炎：二、缺血性腦血管病三、腫瘤四、炎癥及免疫復合物性疾病五、衰老：主要原因是自由基導致的脂質過氧化損傷。六、其他臟器的疾病大多都與自由基的作用有關。第16頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日氧自由基的清除許多化合物和酶與自由基反應后，可直接或間接減少氧自由基的生成，對機體產生保護作用，其大致分為：（一）減少氧自由基產生：別嘌呤醇是黃嘌呤氧化酶抑制劑，能抑制次黃嘌呤轉化為黃嘌呤和黃嘌呤轉化為尿酸的過程，阻止氧自由基的生成。（二）自由基清除劑：超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化酶（GSH-PX）是機體組織清除氧自由基的重要酶系統。

第17頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日（三）抗氧化劑類藥物：輔酶Q10、維生素E、維生素C等抗氧化劑，作為清除氧自由基酶類的輔酶或與酶的作用有關，在氧化反應中，提供電子給氧自由基，是氧自由基還原而被清除。（四）鈣拮抗劑：鈣拮抗劑對缺血/再灌注損傷有預防性保護作用，其機理可能是間接地硬性氧自由基的代謝。第18頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日總結氧自由基的研究是現代生物學、生物化學和生物醫學的重要研究課題。