功能性食品：10 第十章 自由基.ppt

第十章自由基与抗氧化第一节概述一、氧气氧气的出现，大约在2109年之前由于包括氧气在内的一些光化学合成，地球上才出现简单生物氧气在有机溶剂中的溶解度为水的78倍在疏水的生物膜中，氧气的浓度也是很高的，这是细胞膜容易引起氧气损伤的重要原因当氧气浓度高于大气正常浓度时，就会对人、动物和植物和一切需氧生物产生氧损伤高氧浓度对动物组织的损伤动物氧浓度暴露时间组织损伤情况成年鼠5个大气压纯氧75心脏心脏纤维损伤、线粒体肿胀猫8个大气压纯氧50肾肾小管肿胀、肾小球不正常大鼠0.3个大气压纯氧3天肝线粒体损伤猴子0.5个大气压纯氧22天肝光滑内质网增生、糖原减少地鼠79%氧气34周睾丸曲精上皮细胞解体、精子产生减少人高压氧治疗耳内耳出血、变聋豚鼠70%氧气636天骨髓红细胞生长受抑制二、什么是自由基“一个分子或分子的一部分，它的化学键经过修饰之后，一个未成对电子留在这个体系 20世纪50年代“任何能够独立存在的，包含一个或多个未成对电子的原子或原子团都称为自由基 20世纪70年代“任何包含一个未成对电子的原子或原子团，均称之为自由基” 目前未成对电子ABA+BA和B就称为自由基如：HOHClCH3CCl3自由基的三个明显特点反应性强具有顺磁性寿命短第二节自由基的来源和性质一、概念：大多数化学键由双电子形成。

这种键断裂时有二种可能：一种是异裂反应，成键的两个电子分给两种分裂产物之一，生成物为离子另一种是均裂反应，两个电子均分给两个产物，此过程中产生的分裂物称为自由基（free-radical），在溶液中呈均一状态自由基是指分子、原子或基团中有未配对电子的一类物质，如下述反应中的A和B，还有NO、NO2、I及Na等均具有未配对电子绝大多数自由基寿命短，生成后不稳定，易被周围环境吸收在化学反应机理的研究中，发现自由基参与的反应占相当大比例二、自由基的来源（一）放射线照射（二）机体周围自由基前身物的转变（三）生物体内活性氧的生成机体在代谢中不断产生的自由基，种类繁多，其中以活性氧最多Howarefreeradicalsformed Theyarederivedintwoways1)internally2)externally Internally a)Primarysourceisfromourbodyduringenergyproductioninthemitochondria. b)Fromfoodsthathaveadestructivepotential. c)Duringnormalmetabolismoffat,carbohydratesandproteins. d)Stress-allchemicalsandsomeendocrinehormonescreatefreeradicals. e)Lowbloodsupply-whichoccursduringheartattacksandstrokealsoformfreeradicals. Externally a)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.DiseaseslinkedtooxyradicalsandreactiveoxygenspeciesCancer.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).Crohnsdisease(Niwa&Hansen1989).BehcetsdiseaseAgingSenility DNA癌症 蛋白质炎症、老年化 脂肪动脉粥样硬化-中风，心脏病 碳水化合物透明质酸降解-关节炎 环境因素 a、空调、冰箱的大量使用，破坏了臭氧层 b、工业化导致大量二氧化碳和有害气体产生 c、很多杀虫剂的化学结构，都会导致产生自由基 d、由于大量杀虫剂、化学肥料和除草剂的使用，使土壤贫瘠，缺少原有的营养成分。

膳食因素 a、生活节奏加快 b、只吃精制的大米和面粉 c、日常的饮水量减少 d、我国人民肉食以猪肉为主生活方式 a、运动能避免自由基的侵袭 b、生活高度紧张，使应激反应增加 c、酗酒、吸毒都会促进体内自由基的产生 d、孤独和离群索居会使脑功能退化1活性氧种类：氧是偶电分子，分子中存在一个键和两个三电子键，其简化结构式为O2可呈现两种状态，即单线态（singletstate）又称为激发态，以1O2表示；另一种为三线态（tripletstate），又称为基态，以3O2表示，3O2可吸收能量变为激发态；氧是一个重要的电子受体，因所得电子数不同，氧可产生多种还原产物：O2-、OH及H2O2，他们的E01均比O2高，具有强的氧化能力O2+eO2-O2+2e+2H+H2O2O2+3e+3H+OH+H2OO2+4e+4H+2H2O2活性氧的生成性质（1）超氧阴离子自由基（O2-）（2）过氧化氢（H2O2）（3）氢氧自由基（OH）（4）单线态分子氧（1O2）（5）过氧化脂类（1）超氧阴离子自由基（O2-）O2-是O2被一个电子还原生成，再由O2-产生其它活性氧，O2-是造成氧毒性的主要物质，超氧阴离子自由基在水溶液中的存活时间约为1秒，在脂溶性介质中的存活时间约为1小时。

和其它活性氧相比，超氧阴离子自由基不很活泼但是由于它寿命较长，可以从其生成位置扩散到较远的距离，达到靶位置，从这种意义上讲，超氧阴离子自由基具有更大的危险性其次，由于它是生物体中第一个生成的氧自由基，又是所有氧自由基的前身，可以转化为其他氧自由基，因此具有非常重要的意义HOOO2+HO2-既可起氧化作用，也可作为还原剂，当O2-作为还原剂时，产物为H2O2O2-的消除主要经超氧化物歧化酶（SOD）催化生成O2和H2O2：O2-可被维生素C还原生成H2O2，维生素C使O2-还原的速度与SOD催化的反应速度常数相当，细胞内维生素C浓度高，因此维生素C有与SOD同等程度消除O2-的作用O2-还可被维生素E及谷胱甘肽（GSH）还原生成H2O2，GSH的-SH还原作用约相当于SOD的10%2）过氧化氢（H2O2）H2O2可由O2-的歧化反应生成，在D-氨基酸氧化酶、L-氨基酸氧化酶、葡萄糖氧化酶及亚硫酸盐氧化酶等作用下，把O2作为电子受体，经两个电子还原生成H2O2，2O2+2H+H2O2+O2粒体中也能直接生成H2O2H2O经放射线照射，一次生成OH，再生成H2O2H2O2较稳定，反应性低，在体内浓度也比较低(大鼠肝脏中为10-9M)，对机体几乎无毒性；H2O2可与铁离子生成反应性非常高的OH：H2O2+Fe2+H+OH+Fe3+H2OH2O2的消除依赖于两种酶，一是过氧化氢酶，催化H2O2歧化反应：2H2O22H2O+O2；二是谷胱甘肽过氧化物酶。

在GSH参与下使H2O2分解，GSH则变成氧化型谷胱甘肽这两种酶可消除体内H2O2及过氧化物，防止血红蛋白及肝细胞膜部分被氧化破坏的可能3）氢氧自由基（OH）羟基自由基是已知的最强的氧化剂，反应性极强，寿命极短，在水溶液中仅为10-6s它几乎和所有细胞成分发生反应，对机体危害极大，但由于它的作用半径小，仅能和邻近分子反应体内OH从O2直接生成的反应尚不清楚，机体可由O2-生成系与H2O2生成系共同形成OH自由基水经放射线照射后的一级反应产物是OH，由于OH氧化能力很强，因此对机体毒性很大H2O2+Fe2+H+OH+Fe3+H2OH2O2+O2-+H+OH+H2O+O2-（4）单线态分子氧（1O2）1O2是一个强的亲电子性的氧化剂，可用化学方法生成，也可由H2O2经氧化生成，即H2O2由次氯酸氧化生成1O2：NaClO+H2O21O2+NaCl+H2O2（5）过氧化脂类人体内主要有亚油酸、亚麻酸及花生四烯酸，多以磷脂形式存在于质膜等生物膜中这些不饱和脂肪酸可受1O2氧化，也可经OH氧化生成过氧化脂质，生物膜上脂类既可在O2-作用下生成过氧化脂质（LO、LOO、LOOH），也可经放射线照射生成脂类自由基（L），这种在脂类中微量存在的L，在氧参与下进行链锁反应，加速过氧化过程。

过氧化脂质化学性质活泼，易进一步使脂类分解引起自由基反应，也可使GSH氧化，而本身变成较稳定的脂类羟基化合物（LOOH）不饱和脂肪酸在1O2等作用下，被氧化成过氧化脂（LOOH），LOOH又可进一步使脂肪酸氧化，脂质过氧化反应及其脂质自由基的生成如图所示以上所述的1O2、O2-、H2O2、OH及LOOH等统称为活性氧，但是体内不能产生活性的O2+及原子氧基态氧本身毒性很低，但是O2-、H2O2、OH、1O2及LOOH毒性较大，这种活性氧的毒害作用称为氧的毒性1抽氢反应这是一个非常普遍的反应，自由基从反应物中抽取一个氢，形成新的自由基R+AHRH+A典型例子有CH3+Cl2CH3CL+ClCl+C2H6HCL+C2H52.自由基化合反应两个自由基互相结合自我湮灭的反应R+RRR3.歧化反应两个自由基反应，自由基反应，一个被氧化，一个被还原2CH2CH3CH2CH2+CH3CH第三节自由基的性质4.加和反应R+ACCBACCBCl+ACCBACCBRRRCl5.芳环取代ArH+C6H5ArC6H5+HArH+C6H5Ar+C6H56.链式反应hCl22Cl链启动Cl+H2HCl+H链增长H+Cl2HCl+ClH+HH2链终止Cl+ClCl2Cl+HHCl第四节脂质过氧化和氧自由基一、细胞膜的结构细胞膜脂质过氧化的两个重要条件：氧气和不饱和脂肪酸。

二、脂质过氧化过程花生四烯酸抽氢分子重排共轭二烯环过氧自由基环内氧自由基断裂生成醛类第五节脂质过氧化的保护抗氧化剂抗氧化剂保护的一般原则任何物质当以低于氧化底物浓度存在时，可以明显推迟或抑制底物的氧化，该物质就称为抗氧化剂抗氧化剂依其作用性质可以分为两大类，第一类为预防性抗氧化剂第二类为脂质过氧化链式反应的阻断剂抗氧化剂可以作用于脂质过氧化的以下几个水平1)、减少局部氧气浓度；(2)、清除启动脂质过氧化的引发剂；(3)、结合金属离子，使其不能产生起动脂质过氧化的羟基自由基或使其不能分解脂质过氧化产生的脂过氧化氢；(4。