活性氧(reactive oxy gen species , ROS)是体内类氧的单电子还原产物, 是电子在未能传↑递到末端氧化酶之前漏★出呼吸链并消耗大约2 %的氧生成的, 包括氧的电子还原产物氧阴离子(O2·-)、二电子还原产物过氧化氢(H2O2)、三电子还原产物羟基自由基(·OH)以及氧化氮等。[1] ROS 的产生主要是线粒体由状态Ⅲ向状态Ⅳ转换中》氧的环境和还原态的呼吸链使大量电子漏出并还原氧分子而形成。
概述
氧是生命运动『过程中不可缺少的种气体, 人们旦处于缺氧或者供氧不足的环境中, 就会感到憋气的痛苦甚至死亡。所以, 自从1770 年代初英人Joseph Priestley 发现氧以来, 氧直被人们认为是种对人体百益而无害的气体。可是, 科◥学迅速发展起来的今天, 我们知道, 不管是空气中的氧还是水ζ 中的溶解氧都具有较的氧化性, 与般的金属铁样, 处于空气中的人体各部位都在不断地受到氧的腐蚀而“生锈” , 当然这种腐蚀与铁不同, 它体现在人体的细胞水平上。别】是人体各种器官随着年龄的增大不断地老化更是这种腐蚀“生锈”的直观表现。1969 年McCord 与Fridovich 发现, 在生化反应过□程中O2 获得个电子还原生成氧自由基(O-2 ), 而经过红血球的分离精制后获得O-2 的清除灭活酶, 并命名为氧化物歧化酶(superoxide dismultase , SOD)。这发现激发了大批的科学研究者致力于O-2 的生成过ㄨ程、反应活性、毒性、生理和病理︽等等各方面的研究, 去探索解明SOD 在生理学上的意义。同时由O-2 衍生出来的过氧化氢(H2O2)、羟自由基(·OH)、激发态氧(重态氧或称单线态氧,O2)也受到了人们的重视。
所谓♀的活性氧, 概括地说, 是指机体内或者自然环境中由氧组「成, 含氧并且性质活泼的∩物质的总称:主要有种激发态的氧分子, 即重态氧分子◣或称单线态氧分子(O2);3 种含氧的自由基, 即氧阴离子自由基(O-2 )、羟自由基(·OH)和氢过氧自由基(HO2);2 种过氧化物, 即过氧化氢(H2O2)和过氧化脂质(ROOH)以及种含氮的▅氧化物(NO)等。这些物质化学反应活性强、存在寿命短, 如O2 的平均寿命为2μs 、·OH 自由基200 μs 、O-2 自由基5 s 。正是由于它们寿命短、反应活性, 到目前为止除了H2O2 以外,其它活性氧的测定仍然是项际性难〗题, 还没有别有效╲的方法。般情况下采◣用的分析方法可大体有化学反应法 、捕捉法和直接测定法』。
对生物大分子的氧化损伤
对核酸的氧化损伤
DNA 的氧化损伤主要包括：是碱〒基的修饰。羟基自由基可对胸腺嘧啶︻的5，6-双键行加成，形成胸腺嘧啶⌒ 自由基。碱基的改变№可导致其基团控制下的许多生化与蛋白合成过程受到破坏。二是键的断裂。自由基从DNA 的戊糖夺取了氢原子，使之在C4位置形成具有未配对电子的自由基，然后，此自由基又在β-位置发生链■的断裂。O2也能分解核苷酸，尤其是鸟苷酸，对鸟苷、腺苷、胞苷及尿苷分解▽的比例为26∶13∶8∶1。受到氧化损伤后的DNA 可能会发生断裂、突变以及对热稳定性改变等，从而严重影响了遗传信息的正※常转录、翻译过程。
对蛋白●质的氧化损伤
活性氧对蛋白质的作用包括修饰氨基酸，使肽〗链断裂，形成蛋白质的交联聚合︾物，改变构像和免疫原性等5 个方面。
修饰氨基酸
蛋白质分子中起关键作用的氨基酸成分对╳自由基损害别敏感，以芳香氨基酸和含硫氨基酸为突出，不同的自由基对定氨基酸侧链♂有殊影响，如氧阴离子介导甲硫卐氨酸氧化成为甲硫氨酸亚砜，半胱氨◥酸氧化成为磺基丙氨酸;羟自由基可以将脂肪族氨基酸α-位置上的个氢原子去掉;烷氧自由基和过氧自由基等中间产物可以使色氨酸氧化为犬尿氨酸、N-甲基犬尿氨酸Ψ 和五羟色氨酸。[3]
使肽链断裂
活性氧所致蛋白质肽链断裂方▂式有2 种，种是肽链◤水解，另种是从α-碳原子处直接断裂，究竟以何种方式断裂取决于活性氧和蛋白质的类型、浓度和二者之间的反应速率。肽键的水解常发生在脯氨酸处，其机制为活性氧攻】击脯氨酸使之引入羰⊙基而生成α-吡咯烷酮，经水解与其相邻的氨基酸断开，α-吡咯烷酮成为新々的N-末端，可以步水解成为谷氨酰胺。肽链直接断裂的方式是活性氧攻击α-碳原子生成α-碳过氧基，后者转化为亚氨基肽，经过弱酸水解为氨基酸和双〓羧基化合物。
形成蛋白质↘交联聚合物
多种机制可以导◥致蛋白质的交联和聚合。蛋白质←分子中的酪氨酸可以形成二酪氨酸，半胱氨酸氧化形成二硫键，两者均可以形成蛋白质的交联。交联可以分为分子内交联和分子间交联2 种形式。蛋白质分子中㊣酪氨酸和半胱氨酸的数目可以决定交联的形式。另外，脂质♀过氧化产生的丙二醛(MDA)与蛋白质氨基酸残基反应生【成烯胺，也可以成蛋白质交联。生物体内单◥糖自动氧化的α-羰醛产物可以与蛋白质交联而使酶失活，并使膜变形性下降，导致细胞衰老与死亡。
改变构像
蛋白质经氧化后，热动力学○上不稳定，部分三结构打开，失︻去原有构像。用H2O2和抗坏血√酸-Fe(III)氧化SOD，其紫外吸收增强，内源性荧光减弱，表明酶分子由紧密有序排列趋于松散无序。用自旋标记研究，探测到较低浓度抗坏血酸-Fe(III)和H2O2，就可以影响∮到SOD 分子亚基缔合〖或其周围的结构。
改变免疫原性
用H2O2，或H2O2，-Cu2+和抗坏血↓酸-Fe(III)体系作用于牛红细胞铜锌氧化物歧化酶(SOD)， 人血清白蛋白(HAS) 和人IgG， 结果发现SOD、HAS 和IgG 与其抗体反应增强， 提示活性氧可能参与了某些自身免疫※性疾病中抗原抗体复合物的形成过程。[3]
对生物膜的损伤
自由基对生物膜的损伤是◢作用于细胞膜及亚细胞⌒ 器膜上的多不饱和脂肪酸，使其发生脂质过氧化反应，脂质过氧化的中间产物脂自由基(L·)、脂氧自由基(LO·)、脂过氧自由基(LOO·)可以与膜蛋白发生攫氢反应生成蛋白质╳自由基，使■蛋白质发生聚合和交联。另外，脂质过氧化的羰基产物(如丙二醛)也可攻击膜ξ蛋白分子的氨基，导致蛋白质分子内交联和分子间交联。另方面自由基也可直接与膜上的酶或与受体共价结合。这些氧化损伤破坏了镶嵌于膜系统上的许多酶和①受体、离子通道的空间构型，使膜的整性被破坏、膜流动性下ㄨ降，膜脆性增加，细胞内外或细胞器内外物质和信息交换障碍，影响膜的功能与抗原异性，导致广泛性损伤和病变。机体中HO·大部分在细胞器中产生∑，别是在线粒体中产生∏，成线粒体膜♂的损伤，导致细胞和机体的能量代谢障碍。
