自由基及其在疾病发生中的作用

自由基及其在疾病发生中的作用

第三章自由基及其在疾病发生中的作用

第一节概述

自由基（free radical，FR）是机体正常代谢产物，参与许多生理和病理过程。当自由基

在体内大量堆积时，往往产生一系列病理过程。

(一)自由基概念

自由基，又称为游离基，是指能独立存在，其外层轨道上含有一个或一个以上不配对

电子的任何原子、原子团和分子。自由基与离子不同，前者是具有共价键的化合物发生均裂

（homolytic fission）后的产物，后者是化合物的共价键发生异裂（heterolytic fission），即解离的产物。如水分子中的一个共价键均裂，则生成氢自由基（H?）和羟自由基（OH?）；若异裂，则生成氢正离子（H—+ ）和氢氧根负离子（OH）。用式表示如下：

—+ 由于H和OH都不存在未配对电子，因此不是自由基。

自由基的特点是：在体内存在时间短，化学性质极其活泼，极易和其他物质反应形成

新的自由基。在生理和病理情况下，体内可产生多种自由基，其中最重要的是氧自由基

（oxygen free radical，OFR）。

活性氧（reactive oxygen species，ROS）是指由氧化还原反应（reduction-oxydation reaction）产生，并在其分子上含有氧的一类化学性质非常活泼物质的总称。包括以自由基

形式存在和不以自由基形式（如HO）存在的两种。 22

（二）自由基类型 ____11.非脂性自由基包括超氧阴离子（O?）、羟自由基（OH?）和单线态氧（O）。HO2222

虽分子组成并非自由基，但也是一种氧化作用很强的活性氧。

2.脂性自由基包括烷自由基（R?）、烷氧基（RO?）和烷过氧基（ROO?）等。

3.一氧化氮（nitric oxide, NO）是动物体内产生的一种氮自由基，具有广泛而活跃的

生物学性质。NO既是一种弱氧化剂，具有自由基的性质；同时又是一种抗氧化剂，能保护____机体对抗某些病理性损害。能与其他氧自由基反应，产生多种毒性代谢产物。如NO与O?2—反应生成过氧亚硝酸阴离子（ONOO），其氧化性比NO更强。

____ 生物体内产生的自由基主要有：O?或氢过氧基（HO?）与OH?及其活性衍生物如221HO、O、RO? 、ROO?及ROOH等。 222

生理情况下，O一般通过细胞色素氧化酶系统接受4个电子还原为水，并释放能量，2____只有l%~2％的氧接受一个电子生成O?，或再接受一个电子生成HO。由于细胞内存在超222氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（glutathion peroxidase, GSH-px）等抗氧化酶类可及时清除之，所以对机体并无有害影响。

病理情况下，当活性氧产生过多或抗氧化酶类活性下降时，自由基的产生增多以及清除

功能降低，导致自由基在体内蓄积，进而产生某些病理学变化。

（一）体内自由基的产生

____ 自由基可在正常或异常代谢过程中产生，也可以由外来物质作用于机体产生。体内主要?，这是其2____自由基的产生：活性氧产生的基础。氧获得一个电子被还原生成O?，获得二个电子生成HO，获得三个222体内分子氧在线粒体细胞色素氧化酶作用下，接受一个电子而被还原生成O电子生成?OH，获得四个电子生成HO。用式表示如下： 2

____1. O?产生途径 2____1 O?可在还原型细胞色素C、血红蛋白、肌红蛋白、儿茶酚胺、甲状2____2+3+腺素等自然氧化过程中生成。如，HBFe——HBFe＋O?。2____2 在黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶等氧化过程中生成O?。反应式如下： 2

____3 在线粒体呼吸链中，还原型辅酶Q是生成O?的主要部位。黄素蛋白、

2____细胞色素C等也可产生O?。 12

4 某些毒性物质（如CCl、百草枯等）作用于细胞后，可引起4____O?的生成。 2

5 电离辐射常可引起共价键化合物均裂。如HO经辐射分解后可产生2____O?和HO。 22

2. OH?产生途径 OH?是体内最活跃作用最强的氧自由基，寿命极短，但对机体危害____最大，产生部位经常为发挥作用的部位。OH?为O?和HO相互作用的产物，尤其是在222____3+Fe存在下， OH?生成加速。即O?使铁还原，还原的铁再使HO还原成OH?。但即使222____3+2+2+没有Fe与O?，只要有Cu代替Fe，也可与HO反应产生OH?，甚至某些还原剂，如222抗坏血酸也可起到类似作用。 ____＋

3. HO产生途径 O获得一个电子可生成O?，于H存在下获得两个电子可转变为2222____HO，但实际上O很难同时接收一对电子。尽管通过O?或ＨO?自动歧化反

应可以产生22222________HO，但在pH7.4的生理条件下，主要产生O?。O?的歧化反应速度较低，因此，在生物2222体内，通过非酶反应产生HO的可能性很小。故生物体内HO的产生是通过酶促反应。2222如黄嘌呤氧化为尿酸，D-氨基酸氧化为酮酸，D-葡萄糖氧化为D-葡萄糖酸内酯，胺类化合____物氧化为醛类以及O?歧化反应等均可产生 HO。 222

在上述酶促反应中，除SOD催化歧化为HO外，其他酶均直接使O转变为HO。线22222____粒体与内质网产生的O?是HO产生的主要来源。 222

4. 11O产生途径生物体内O的来源主要有： 22

1

RO 22

2ORO

3 如眼角膜中柱细胞含有视黄醛就是一种光敏剂，在光敏反应中可产生

1O。 2

（二）体内自由基的清除

生理情况下，体内不断产生自由基，同时也在体内不断地被清除。体内清除自由基的物

质可分为两类。