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生物体内活性氧--氧自由基生物体内存在一类被称为活性氧的高度活跃的化学物质,包括超氧阴离子、过氧化氢等。这些物质也被称为氧自由基,它们可以导致细胞和组织的损害,对健康产生不利影响。了解生物体内活性氧的特点和危害对防治相关疾病十分重要。SL作者：侃侃

什么是活性氧和自由基活性氧活性氧是指具有不成对电子的氧分子衍生物,包括自由基和一些非自由基化合物,具有强氧化性和反应性。自由基自由基是指含有一个或多个不成对电子的原子或分子,极其反应性强,易与其他分子发生连锁反应。氧化还原平衡生物体内需要维持活性氧与抗氧化物质之间的动态平衡,才能保持正常的生理功能。

活性氧的化学结构和性质化学结构活性氧物质包括超氧阴离子、过氧化氢和羟基自由基等，具有不稳定的单电子结构,能够与周围分子发生氧化还原反应。化学性质活性氧物质具有高度反应性,能够与蛋白质、核酸和脂质等生物大分子发生氧化反应,导致细胞功能受损,引发氧化应激反应。生成途径活性氧物质在细胞正常的代谢过程中不可避免地产生,如线粒体呼吸链、酶促反应等,也可被免疫细胞有目的地产生以杀灭病原体。

活性氧的产生来源细胞线粒体作为细胞的能量工厂，线粒体在制造ATP的过程中会产生大量的超氧阴离子自由基。细胞膜电子传递链细胞膜上的电子传递链在电子传递过程中也会产生活性氧物种。内质网氧化酶内质网上存在多种氧化酶,它们在正常代谢过程中会产生高活性的氧自由基。细胞质酶促反应细胞内多种酶促反应和氧化还原过程也会产生不同类型的活性氧物质。

细胞内主要的活性氧种类超氧阴离子自由基(O2·-)这是最常见的活性氧物质,产生于细胞线粒体的电子传递过程中。它是许多氧化还原反应的起始物质。过氧化氢(H2O2)是一种非自由基活性氧,由超氧阴离子自由基歧化反应产生。它能通过自身酶促分解反应产生更活跃的羟基自由基。羟基自由基(·OH)是最活跃的自由基,具有极强的反应性,能够损害DNA、蛋白质和脂质。常由过氧化氢与金属离子的Fenton反应产生。一单线态氧(1O2)是一种非自由基但高度活性的氧化态,能够引发脂质过氧化反应。主要来源于呼吸链过程中的能量转移。

活性氧在生理过程中的作用生长发育适量的活性氧参与调节细胞增殖、分化和凋亡过程,促进组织器官的生长发育。免疫调节活性氧在免疫细胞的激活、吞噬作用和抗病原菌防御中发挥重要作用。信号转导活性氧能够作为次级信使参与多种细胞信号转导通路,调节生理功能。生物膜维护适量的活性氧有利于细胞膜的修复和维持,维护细胞的完整性。

适度水平的活性氧对机体的重要性适度水平的活性氧对生物体具有重要的生理作用。活性氧可以参与细胞信号传导、调节基因表达、介导生理性细胞凋亡等过程,在保持细胞功能平衡、维护机体稳态等方面发挥关键作用。在机体的抗氧化防御体系和氧化应激之间保持动态平衡是生命活动的基本要求。适度的活性氧水平有利于提高机体的免疫功能、促进伤口愈合、维持神经系统的正常活性等,对机体的生理健康至关重要。

活性氧水平失衡会导致的后果1氧化应激活性氧水平失衡会导致细胞和组织遭受严重的氧化损伤，引发氧化应激状态。2细胞功能障碍高浓度活性氧会损害细胞器的结构和功能，干扰细胞的正常代谢和信号传导。3DNA损伤活性氧可以直接攻击DNA分子,造成基因突变和染色体异常,诱发遗传性疾病。4炎症反应活性氧水平失衡会激活炎症信号通路,导致持续的炎症反应,加重机体损伤。

氧化应激的概念失衡氧化应激是机体内活性氧和抗氧化防御系统之间失衡的状态。活性氧过剩机体内活性氧水平过高,超过了抗氧化系统的清除能力。细胞损伤导致细胞内重要生物分子如DNA、蛋白质和脂质遭受氧化损害。

抗氧化防御系统的组成酶性抗氧化物质包括超氧化物歧化酶、过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶等,能直接清除活性氧自由基。非酶性抗氧化物质如维生素C、维生素E、还原型谷胱甘肽、类胡萝卜素等,能中和自由基并阻止氧化反应。金属螯合剂如白蛋白、转铁蛋白等,能够与过渡金属离子结合,抑制金属介导的自由基反应。修复系统如DNA修复酶、蛋白质修饰酶等,能够修复因氧化损伤而产生的生物大分子损伤。

抗氧化酶系统的主要成员超氧化物歧化酶(SOD)这是最关键的抗氧化酶之一,能有效清除细胞内的超氧自由基,保护细胞免受氧自由基的损害。过氧化物酶(CAT)这种酶能把过氧化氢转化为水和氧气,阻止过氧化物积累造成的氧化损害。谷胱甘肽过氧化酶(GPX)这类酶可以将过氧化氢还原为水,同时将还原型谷胱甘肽氧化为氧化型。谷胱甘肽硫转移酶(GST)这种酶能与谷胱甘肽结合,促进有害物质如过氧化物的排出,从而发挥清除自由基的作用。

非酶性抗氧化物质维生素和矿物质维生素C、维生素E、类胡萝卜素等是重要的非酶性抗氧化物质,可以直接中和自由基,保护细胞免受氧化损伤。植物化合物多酚、类黄酮、花青素等植物次生代谢产物具有强大的自由基清除能力,