活性氧(reactive oxy gen species , ROS)是體內(nèi)類氧的單電子還原產(chǎn)物, 是電子在未能傳遞到末端氧化酶之前漏出呼吸鏈并消耗大約2 %的氧生成的, 包括氧的電子還原產(chǎn)物氧陰離子(O2·-)、二電子還原產(chǎn)物過氧化氫(H2O2)、三電子還原產(chǎn)物羥基自由基(·OH)以及氧化氮等。[1] ROS 的產(chǎn)生主要是線粒體由狀態(tài)Ⅲ向狀態(tài)Ⅳ轉(zhuǎn)換中氧的環(huán)境和還原態(tài)的呼吸鏈?zhǔn)勾罅侩娮勇┏霾⑦€原氧分子而形成。

　　概述

　　氧是生命運(yùn)動過程中不可缺少的種氣體, 人們旦處于缺氧或者供氧不足的環(huán)境中, 就會感到憋氣的痛苦甚至死亡。所以, 自從1770 年代初英人Joseph Priestley 發(fā)現(xiàn)氧以來, 氧直被人們認(rèn)為是種對人體百益而無害的氣體?？墒? 科學(xué)迅速發(fā)展起來的今天, 我們知道, 不管是空氣中的氧還是水中的溶解氧都具有較的氧化性, 與般的金屬鐵樣, 處于空氣中的人體各位都在不斷地受到氧的腐蝕而“生銹” , 當(dāng)然這種腐蝕與鐵不同, 它體現(xiàn)在人體的細(xì)胞水平上。別是人體各種器官隨著年齡的增大不斷地老化更是這種腐蝕“生銹”的直觀表現(xiàn)。1969 年McCord 與Fridovich 發(fā)現(xiàn), 在生化反應(yīng)過程中O2 獲得個電子還原生成氧自由基(O-2 ), 而經(jīng)過紅血的分離制后獲得O-2 的清除滅活酶, 并命名為氧化物歧化酶(superoxide dismultase , SOD)。這發(fā)現(xiàn)激發(fā)了大批的科學(xué)研究者致力于O-2 的生成過程、反應(yīng)活性、毒性、生理和病理等等各方面的研究, 去探索解明SOD 在生理學(xué)上的意義。同時由O-2 衍生出來的過氧化氫(H2O2)、羥自由基(·OH)、激發(fā)態(tài)氧(重態(tài)氧或稱單線態(tài)氧,O2)也受到了人們的重視。

　　所謂的活性氧, 概括地說, 是機(jī)體內(nèi)或者自然環(huán)境中由氧組成, 含氧并且性質(zhì)活潑的物質(zhì)的總稱:主要有種激發(fā)態(tài)的氧分子, 即重態(tài)氧分子或稱單線態(tài)氧分子(O2);3 種含氧的自由基, 即氧陰離子自由基(O-2 )、羥自由基(·OH)和氫過氧自由基(HO2);2 種過氧化物, 即過氧化氫(H2O2)和過氧化脂質(zhì)(ROOH)以及種含氮的氧化物(NO)等。這些物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)活性強(qiáng)、存在壽命短, 如O2 的平均壽命為2μs 、·OH 自由基200 μs 、O-2 自由基5 s 。正是由于它們壽命短、反應(yīng)活性, 到目前為止除了H2O2 以外,其它活性氧的測定仍然是項際性難題, 還沒有別有效的方法。般情況下采用的分析方法可大體有化學(xué)反應(yīng)法 、捕捉法和直接測定法。

　　對生物大分子的氧化損傷

　　對核酸的氧化損傷

　　DNA 的氧化損傷主要包括：是堿基的修飾。羥基自由基可對胸腺嘧啶的5，6-雙鍵行加成，形成胸腺嘧啶自由基。堿基的改變可導(dǎo)致其基團(tuán)控制下的許多生化與蛋白合成過程受到破壞。二是鍵的斷裂。自由基從DNA 的戊糖奪取了氫原子，使之在C4位置形成具有未配對電子的自由基，然后，此自由基又在β-位置發(fā)生鏈的斷裂。O2也能分解核苷酸，尤其是鳥苷酸，對鳥苷、腺苷、胞苷及尿苷分解的比例為26∶13∶8∶1。受到氧化損傷后的DNA 可能會發(fā)生斷裂、突變以及對熱穩(wěn)定性改變等，從而嚴(yán)重影響了遺傳信息的正常轉(zhuǎn)錄、翻譯過程。

　　對蛋白質(zhì)的氧化損傷

　　活性氧對蛋白質(zhì)的作用包括修飾氨基酸，使肽鏈斷裂，形成蛋白質(zhì)的交聯(lián)聚合物，改變構(gòu)像和免疫原性等5 個方面。

　　修飾氨基酸

　　蛋白質(zhì)分子中起關(guān)鍵作用的氨基酸成分對自由基損害別敏感，以芳香氨基酸和含硫氨基酸為突出，不同的自由基對定氨基酸側(cè)鏈有殊影響，如氧陰離子介導(dǎo)甲硫氨酸氧化成為甲硫氨酸亞砜，半胱氨酸氧化成為磺基丙氨酸;羥自由基可以將脂肪族氨基酸α-位置上的個氫原子去掉;烷氧自由基和過氧自由基等中間產(chǎn)物可以使色氨酸氧化為犬尿氨酸、N-甲基犬尿氨酸和五羥色氨酸。[3]

　　使肽鏈斷裂

　　活性氧所致蛋白質(zhì)肽鏈斷裂方式有2 種，種是肽鏈水解，另種是從α-碳原子處直接斷裂，究竟以何種方式斷裂取決于活性氧和蛋白質(zhì)的類型、濃度和二者之間的反應(yīng)速率。肽鍵的水解常發(fā)生在脯氨酸處，其機(jī)制為活性氧攻擊脯氨酸使之引入羰基而生成α-吡咯烷酮，經(jīng)水解與其相鄰的氨基酸斷開，α-吡咯烷酮成為新的N-末端，可以步水解成為谷氨酰胺。肽鏈直接斷裂的方式是活性氧攻擊α-碳原子生成α-碳過氧基，后者轉(zhuǎn)化為亞氨基肽，經(jīng)過弱酸水解為氨基酸和雙羧基化合物。

　　形成蛋白質(zhì)交聯(lián)聚合物

　　多種機(jī)制可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)的交聯(lián)和聚合。蛋白質(zhì)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鍵，兩者均可以形成蛋白質(zhì)的交聯(lián)。交聯(lián)可以分為分子內(nèi)交聯(lián)和分子間交聯(lián)2 種形式。蛋白質(zhì)分子中酪氨酸和半胱氨酸的數(shù)目可以決定交聯(lián)的形式。另外，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生的丙二醛(MDA)與蛋白質(zhì)氨基酸殘基反應(yīng)生成烯胺，也可以成蛋白質(zhì)交聯(lián)。生物體內(nèi)單糖自動氧化的α-羰醛產(chǎn)物可以與蛋白質(zhì)交聯(lián)而使酶失活，并使膜變形性下降，導(dǎo)致細(xì)胞衰老與死亡。

　　改變構(gòu)像

　　蛋白質(zhì)經(jīng)氧化后，熱動力學(xué)上不穩(wěn)定，分三結(jié)構(gòu)打開，失去原有構(gòu)像。用H2O2和抗壞血酸-Fe(III)氧化SOD，其紫外吸收增強(qiáng)，內(nèi)源性熒光減弱，表明酶分子由緊密有序排列趨于松散無序。用自旋標(biāo)記研究，探測到較低濃度抗壞血酸-Fe(III)和H2O2，就可以影響到SOD 分子亞基締合或其周圍的結(jié)構(gòu)。

　　改變免疫原性

　　用H2O2，或H2O2，-Cu2+和抗壞血酸-Fe(III)體系作用于牛紅細(xì)胞銅鋅氧化物歧化酶(SOD)， 人血清白蛋白(HAS) 和人IgG， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)SOD、HAS 和IgG 與其抗體反應(yīng)增強(qiáng)， 提示活性氧可能參與了某些自身免疫性疾病中抗原抗體復(fù)合物的形成過程。[3]

　　對生物膜的損傷

　　自由基對生物膜的損傷是作用于細(xì)胞膜及亞細(xì)胞器膜上的多不飽和脂肪酸，使其發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，脂質(zhì)過氧化的中間產(chǎn)物脂自由基(L·)、脂氧自由基(LO·)、脂過氧自由基(LOO·)可以與膜蛋白發(fā)生攫氫反應(yīng)生成蛋白質(zhì)自由基，使蛋白質(zhì)發(fā)生聚合和交聯(lián)。另外，脂質(zhì)過氧化的羰基產(chǎn)物(如丙二醛)也可攻擊膜蛋白分子的氨基，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子內(nèi)交聯(lián)和分子間交聯(lián)。另方面自由基也可直接與膜上的酶或與受體共價結(jié)合。這些氧化損傷破壞了鑲嵌于膜系統(tǒng)上的許多酶和受體、離子通道的空間構(gòu)型，使膜的整性被破壞、膜流動性下降，膜脆性增加，細(xì)胞內(nèi)外或細(xì)胞器內(nèi)外物質(zhì)和信息交換障礙，影響膜的能與抗原異性，導(dǎo)致廣泛性損傷和病變。機(jī)體中HO·大分在細(xì)胞器中產(chǎn)生，別是在線粒體中產(chǎn)生，成線粒體膜的損傷，導(dǎo)致細(xì)胞和機(jī)體的能量代謝障礙。