7 活性氧解析
活性氧的检测方法
活性氧的检测方法摘要活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）是一类在细胞内广泛存在且具有高度活性的分子。
活性氧对细胞膜、蛋白质和核酸等生物分子造成损伤，并参与了多种生物学过程。
因此，准确测量活性氧的水平对于揭示其生物学功能以及相关疾病的发生机制具有重要意义。
本文将介绍几种常见的活性氧检测方法，并对其优缺点进行讨论。
1. 化学染料法化学染料法是一种简单、直观的活性氧检测方法。
目前常用的化学染料包括二苯基四氮唑盐 (DAB)、硝基蓝色苯胺盐 (NBT)和氧化铁氰化钠 (FeCN) 等。
这些染料可与活性氧发生特异性反应，并在反应过程中产生可定量分析的颜色变化。
然而，化学染料法存在一些局限性。
首先，染料的选择与操作条件对实验结果有很大影响，如pH值、温度等。
其次，该方法只能提供活性氧的总量，而无法分辨各种活性氧物种的相对含量。
此外，由于染料具有较强的选择性，所检测的活性氧种类也较为有限。
因此，在应用化学染料法时需要小心考量其适用性。
2. 荧光探针法荧光探针法是一种广泛应用于活性氧测定的方法。
该方法利用已知产生荧光信号的探针与活性氧发生特异性反应，通过测量荧光信号的强度来间接测定活性氧的水平。
常见的荧光探针包括二苯基巴比妥酸 (DABCO)、二羟基联苯 (DPBF) 和二苯并硼菊酯 (DCFH-DA) 等。
这些荧光探针表现出高度选择性和灵敏性，可以用于监测不同活性氧物种的生成和消除动力学过程。
然而，荧光探针法也存在一些限制。
例如，某些荧光探针可能因自身的不稳定性而导致误差。
此外，荧光信号的测量需要专业设备的支持，且荧光信号也易受环境因素的影响。
因此，在选择荧光探针时需要根据实际需求进行权衡。
3. 电化学法电化学法是一种可探测活性氧的敏感、定量且实时的方法。
该方法是通过将活性氧还原为可测电流来测定其浓度。
电化学法常用的电极包括铂电极、碳电极和金电极等。
电化学法的优势在于其高灵敏度、实时性和可定量性。
活性氧的名词解释
活性氧的名词解释活性氧是指一类具有高度活性的氧自由基和过氧化物。
在生物体内，活性氧具有复杂的作用机制，既有正面的生理功能，也有负面的病理作用。
1. 活性氧的产生活性氧的产生主要通过氧气与生物体内的电子或氢原子发生反应而形成。
在正常情况下，机体正常的代谢过程会产生少量的活性氧，而且机体也拥有一套完善的抗氧化系统来对抗活性氧的损害。
然而，在一些不利因素的作用下，如环境污染、辐射、烟草、化学物质等，活性氧的生成会增加，从而对机体造成损伤。
2. 活性氧的作用正常水平的活性氧对维持生物体正常的生理功能具有重要作用。
例如，白细胞会产生活性氧来杀死入侵的细菌和病毒；活性氧还参与细胞的信号传导和调节铁代谢等。
然而，当活性氧生成过多或机体抗氧化系统功能异常时，活性氧的作用就会失衡，并对机体产生不利影响。
3. 活性氧与疾病过量的活性氧可以引发氧化应激反应，导致细胞损伤、组织炎症、DNA氧化损伤等。
这些损伤与多种疾病的发生和发展密切相关。
例如，活性氧与心血管疾病、癌症、神经退行性疾病等有关。
在心血管疾病中，活性氧通过氧化低密度脂蛋白和损伤血管内皮细胞等途径，促进动脉粥样硬化的形成，导致血管阻塞；在癌症中，活性氧可能影响肿瘤细胞的增殖、凋亡和转移等过程；在神经退行性疾病中，活性氧损伤神经细胞，加速神经元的凋亡。
4. 活性氧的防御为了保护机体免受活性氧的伤害，人体拥有一系列抗氧化物质和酶系统，如抗氧化酶（如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等）、抗氧化维生素（如维生素C、维生素E等）以及一些植物营养素（如类黄酮、多酚等）。
这些抗氧化物质可以中和或清除体内的活性氧，维持细胞内外氧化还原平衡，减少细胞损伤。
5. 活性氧的研究与应用活性氧的研究是生物医学领域的热点之一，科学家们不断探索活性氧在疾病发生机制中的作用，并寻找有效的抗氧化策略。
目前，已经有一些抗氧化剂被用于临床治疗，如抗氧化维生素、植物提取物等。
此外，活性氧还被应用于消毒、杀菌和污水处理等领域。
高中化学(新人教版)必修第一册课后习题：氧化剂和还原剂(课后习题)【含答案及解析】
氧化剂和还原剂课后篇素养形成合格考达标练1.下列叙述正确的是()A.化合反应一定是氧化还原反应B.氧化还原反应的本质是有元素化合价发生变化C.还原剂就是反应中被还原的物质D.氧化剂是所含元素化合价降低的物质,A不正确;氧化还原反应的本质是电子的转移,B不正确;还原剂是反应中被氧化的物质,C不正确。
2.氧化还原反应中,水的作用可以是氧化剂、还原剂、既是氧化剂又是还原剂、既不是氧化剂也不是还原剂等。
下列反应与C+H2O(g)CO+H2相比较,水的作用相同的是()A.3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2B.Na2O+H2O2NaOHC.2F2+2H2O4HF+O2D.3NO2+H2O2HNO3+NO,A项中的水是氧化剂,B、D项中的水既不是氧化剂也不是还原剂,C项中的水是还原剂。
3.用碱液吸收工业制硝酸尾气的化学方程式为NO+NO2+2NaOH2NaNO2+H2O,下列说法正确的是()A.NaNO2既是氧化产物又是还原产物B.NaNO2既是氧化剂又是还原剂C.反应中无元素化合价的变化D.H2O是还原产物中氮元素显+2价,NO2中氮元素显+4价,产物NaNO2中氮元素显+3价,故NaNO2既是氧化产物又是还原产物。
4.(2020江苏南京期末)下列物质间的转化一定需要加入氧化剂才能实现的是()A.C→CO2B.H2O2→O2C.SO2→SD.KMnO4→MnO2过程中,C元素化合价升高,被氧化,应加入氧化剂,A项正确;H2O2→O2过程中,氧元素化2合价升高,H2O2分解就能实现,不一定要加入氧化剂,B项错误;SO2→S过程中,硫元素的化合价降低,被还原,需加入还原剂才能实现,C项错误;KMnO4→MnO2过程中,Mn元素的化合价降低,发生了还原反应,可以通过高锰酸钾分解来实现转化,不一定要加入还原剂,D项错误。
5.(2020广东惠州期末)根据下列反应的离子方程式:①2Fe3++2I-2Fe2++I2;②Br2+2Fe2+2Br-+2Fe3+,可判断各物质的氧化性由强到弱的顺序是()A.Fe3+、Br2、I2B.Fe3+、I2、Br2C.Br2、Fe3+、I2D.Br2、I2、Fe3+解析对于氧化还原反应,氧化性:氧化剂>氧化产物。
活性氧
毒性及腐蚀性
人对空气中活性氧的可嗅知的浓度为0.02-0.04PPM。动物实验表明，活性氧毒性的起点体积分数为0.3PPM。活性氧的毒性主要来自对蛋白质和不饱和脂肪酸的氧化，从而损伤机体组织。吸入，头痛；严重时可发生肺气肿，甚至死亡。我国卫生部规定大气中活性氧最高允许质量浓度为0.2毫克/立方米。
5、活性氧有很强的氧化能力，是已知最强的氧化剂之一；
6、正常情况下，活性氧极其不稳定，容易分解为氧气；
7、活性氧分子是逆磁性的，易结合成一个电子成为负离子分子；
8、活性氧在空气中的半衰期一般为20—50分钟，随温度与湿度的增高而加快；
9、活性氧在水中半衰期约为35分钟，随水质和水温的不同而异；
活性氧又名三原子氧，因其类似鱼腥味的臭味而得名。其分子式为O3，是氧气的同素异形体，具有它自身的独特性质：
1、在自然环境下，它是淡蓝色的气体；
2、它有一种类似雷电后的腥臭味；
3、在标准压力和常温下，它在水中的溶解度是氧气的13倍；
4、活性氧比重大，是空气的1.658倍；
人体内的活性氧是由压力、紫外线、大气污染、吸烟等原因生成的。过量的活性氧会摧毁给予肌肤弹力的胶原蛋白和弹性蛋白，从而引起皱纹、松弛。而且，由于活性氧会刺激色素细胞产程大量黑色素，故也是产生色斑的原因。
活性氧为强氧化剂，对多种物品有损坏作用。可使橡胶类制品变脆、变硬，加速老化；使铜片出现绿色锈斑；使织物漂白、褪色等。
10、活性氧在冰中极不稳定，其半衰期为2000年。
活性氧在生物体内的作用及其研究
活性氧在生物体内的作用及其研究活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）是指氧分子在体内引起电子失衡、单电子化和能量激发等过程后所产生的过渡态氧化物种，包括超氧阴离子(O2^-)、过氧化氢(H2O2)、羟自由基(OH·)和单线态氧( ^1O2)等。
ROS在生物体内广泛存在，是生命活动中的重要媒介和信号分子。
合适的浓度和位置可以促进生长发育、调节代谢和免疫等生理反应，但是过多的ROS则会对细胞膜、DNA和蛋白质等造成氧化损伤，导致细胞死亡和疾病的发生。
ROS的产生来源广泛，包括线粒体呼吸链(80%)、细胞色素P450、NADPH氧化酶等酶类，以及外界环境、烟草、辐射和化学药物等引起的各种应激刺激，其中冷冻、晒伤、感染和损伤等会引起迅速的ROS增加。
为了维持内部氧化还原环境的稳定和避免ROS的氧化损伤，生物体内还存在多种保护系统，如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽还原酶和热休克蛋白等。
近年来，随着对ROS代谢途径、信号通路和调控机制的深入了解，ROS的研究也得到了极大的发展。
研究人员发现ROS能够通过与细胞膜、蛋白质和DNA等相互作用，参与到多种功能的调控中。
例如，ROS可以刺激蛋白激酶、转录因子和离子通道等的活性，引发胚芽发育、光敏反应、细胞增殖和凋亡等生理过程。
研究人员还发现，改变ROS浓度和通路的干预措施可以用于预防和治疗多种疾病。
例如，短时间内的低浓度ROS刺激可以增强机体的免疫力，预防肿瘤和感染等疾病；而低浓度的H2O2可以通过调控细胞增殖和凋亡来促进创伤愈合和组织修复。
此外，干细胞、肿瘤和神经退行性疾病等研究领域也正在积极探索ROS的作用和机制。
虽然ROS的作用已经得到了广泛研究，但是ROS在生物体内的复杂特性和功能还有很多未知之处。
例如，ROS参与到细胞信号转导的分子机制还未完全明确；ROS的作用在不同物种、组织和环境中可能存在差异，需要针对特定问题进行深入探讨。
活性氧抗氧化反应的机制及影响因素
活性氧抗氧化反应的机制及影响因素氧气是人类生存所必需的物质之一，但它也能够导致许多疾病的产生，包括癌症、心脏病、糖尿病等。
氧气在机体内被代谢过程中还会产生一些富含能量的分子，称为活性氧（reactive oxygen species，ROS），它们具有强氧化性，因此有损害细胞器官、蛋白质、脂质以及DNA的可能。
身体内的细胞为了抵御这种氧化作用，会产生一系列酶来清除或分解ROS，这种机制被称为抗氧化反应。
本文将会介绍活性氧抗氧化反应的机制及受到影响的因素。
一、活性氧抗氧化反应的机制其中最具代表性的包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GPx）以及过氧化氢酶（catalase，CAT）等。
这些酶在机体内积极抵御氧化作用，并将ROS转化为相对安全、无害的分子。
其中，SOD可将超氧化物阴离子（O2·^-）转化为氧气和过氧化氢（H2O2），而GPx和CAT则可以将H2O2转化为水和氧气。
此外，还有许多其它的酶，如过氧化氢酶样物质（peroxiredoxin，Prx）和谷胱甘肽还原酶（glutathione reductase，GR），也能够发挥抗氧化的作用。
二、影响活性氧抗氧化反应的因素1. 饮食富含抗氧化剂的食物可以增加人体的抗氧化能力。
例如，维生素C、E、胡萝卜素等都是非常出色的抗氧化剂。
此外，吃一些含有多酚的食物，如茶叶、葡萄酒、水果等，也有益于保护身体免受氧化损害。
2. 运动适当的运动可以增强人体的代谢水平，并提高抗氧化能力。
运动能够促进血液循环，加快氧气的输送，同时会增加细胞的能量消耗，产生更多的ROS。
然而，经常锻炼身体后，人体适应性会逐渐增强，进而提高身体对ROS的抵抗力。
3. 环境污染环境因素也会影响人体内的抗氧化能力。
污染物、辐射、紫外线等都能够导致自由基的过量产生，这会使人体的抗氧化缺失。
活性氧
活性氧，简而言之就是“氧化力很强的氧”。
诸如癌症、老化、动脉硬化、中风、糖尿病和肥胖等生活习惯病，大多被认为与活性氧有关，其弊病相信很多人都知道的。
我们为了生存，必须把氧气吸入体内、燃烧糖分，生成能量。
氧气是我们生存不可缺少之物，但另一方面，这些氧的一小部分会变成活性氧，一旦活性氧过量，就会损害细胞和遗传基因，也会引起衰老和疾病。
铁钉暴露在空气中，就会与空气中的氧气结合而被氧化生锈。
像这样，氧气与其他物质的结合，成为氧化反应。
氧化了的铁钉再也无法履行原本的功能。
也就是说，因为活性氧的关系，在我们人体内，约有60兆个细胞，产生了和铁钉一样的氧化现象。
总觉得困倦，易累，虽然这些说不上是病，但多数是由活性氧引起的。
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功能说明病的根源都在于活性氧（带来强烈的氧化障碍）。
因此如有效的防止、抑制、阻止、清除活性氧，至少在理论上就可能治愈百所有的疾病。
对付活性氧最有效的对策就是活性氢（带来强烈还原作用）。
只要用活性氢清除掉体内产生的活性氧，就可能治愈百病。
最好的方法就是饮用“富氢水”，它是含有丰富的氢分子的水。
根据是，摄入到体内的氢分子，被体内的氢分解酶分解成活性氢（氢原子）。
使用方法在密封的盛水容器中放入氢棒，2小时后即可饮用使用周期每根氢棒可以使用1年使用成本普通成年人每日需要2.5升水，通过正常饮食可以获得1升左右，也就是说普通成年人每日需要饮水1.5升左右。
活性氧简介及其产生
活性氧简介及其产生集团标准化工作小组 [Q8QX9QT-X8QQB8Q8-NQ8QJ8-M8QMN]活性氧(reactive oxygen species, ROS)是一类化学性质活泼，具有较高氧化活性的分子或离子的总称。
主要包括超氧阴离子、过氧化氢(H2O2)、羟自由基(HO.)、一氧化氮(NO.)等。
线粒体是ROS的主要产生部位，在线粒体呼吸过程中会有少量的电子从线粒体电子传递链复合体Ⅰ和Ⅲ中漏出，与O2结合生成ROS。
此外NADPH氧化酶和过氧化物酶等也能产生ROS。
过量的ROS会对蛋白质、核酸和脂质等生物大分子造成损伤，从而影响其正常生理生化功能。
生物体本身存在清除ROS的体系，包括SOD酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、抗坏血酸等，这一体系使生物体内ROS保持在对机体无害的水平。
活性氧(ROS)的产生由镉和硒等离子的释放所引发的毒性，在某种程度上可以通过壳对核的保护来得以控制，但是活性氧产生的毒性却难以控制。
当细胞暴露于病原体或者热等不良环境压力时，会产生具有化学活性的含氧分子。
这些活性氧物质(ROS)可被分为两种类型：自由基ROS（一氧化氮或者羟基自由基）和非自由基ROS（过氧化氢）。
大多数细胞都可以通过谷胱甘肽氧化还原系统的防御机制来缓冲一定量的ROS，但是高水平长时间的ROS会导致细胞的损伤。
当把培养细胞暴露于纳米粒子时，活性氧的产生是一个普遍现象，ROS的产生主要源于纳米粒子的反应能力[123, 124]。
纳米粒子巨大的比表面积和表面分子较高的反应活性使得其具有较高的氧化能力。
一般说来，纳米粒子可以通过以下几种不同的机制产生ROS[125]：(1)当被暴露于酸性环境（例如溶酶体）中，纳米材料表面修饰物的反应活性、表面修饰物的降解、量子点降解而导致的离子释放，均会引起ROS水平的升高(图[126-128]。
(2)纳米粒子与线粒体等具有氧化能力的细胞器发生相互作用，破坏线粒体外膜，导致线粒体膜电势的坍塌，因此干扰氧化磷酸化的电子传递链(3)纳米粒子和NADPH氧化酶等氧化还原性蛋白的相互作用，引起细胞免疫系统中活性氧水平的增加(图。
活性氧在细胞死亡中的作用
活性氧在细胞死亡中的作用随着科技和医学的不断进步，人们对生物学、化学等领域的认识越来越深刻。
其中细胞生物学是一个重要的研究方向，它涉及到生物体内细胞的结构、功能以及生命过程中各种分子机制的运作等等。
而细胞死亡也是细胞生物学的重要内容之一，它关系到生物体的健康与疾病、衰老与年轻等方面。
而在细胞死亡过程中，活性氧分子的作用不容忽视。
一、活性氧的定义活性氧是一种电子赋予不稳定分子形成的，具有高氧化还原力的氧化剂。
它包括单线态氧、超氧自由基、过氧化氢、羟自由基等。
它们都是由氧分子在发生氧化还原过程中形成的。
在生物体内，活性氧分子的产生与几种生理、病理状态有关，比如正常呼吸、进食、疾病、损伤等。
适量的活性氧对于人体健康和生命是有益的，但是过量的活性氧则会引起细胞损伤和死亡。
二、活性氧与细胞死亡的关系细胞死亡可以分为凋亡和坏死两种。
相比于坏死，凋亡则是一种自我程序性、有选择性的死亡方式，常常伴随着细胞减少、改变形态、DNA断裂等特征。
在凋亡过程中，活性氧起到了重要的作用。
首先，活性氧可以作为信号分子影响凋亡途径的启动。
研究发现，多种因素（如紫外线、放射性物质、药物、氧化应激等）可以引起细胞内活性氧水平升高，这个过程又称为氧化应激（oxidative stress）。
大量的活性氧分子累积在细胞内时，会导致位于中线粒体膜外侧的蛋白质酶（caspase）的激活，这是凋亡途径的起始点。
随后，caspase会作用于一系列细胞蛋白，导致凋亡的进行。
其次，凋亡过程中产生的活性氧也有调控作用。
在一些特定场景下，如低氧环境中，细胞对活性氧的敏感度会发生变化。
研究表明，在这种情况下，产生的活性氧分子会直接作用于线粒体内膜蛋白质，使得线粒体跨膜电位下降和ATP生成减少，进而抑制caspase的活性。
这种不同的凋亡反应通路的发生，可能与凋亡细胞类型等方面有关。
最后，活性氧与细胞死亡之间的关系并非简单的单向作用。
实际上，凋亡细胞会释放各种信号分子，诱导周围细胞通过凋亡途径崩解。
【步步高】2015-2016学年高一化学人教版必修1章末训练：第二章-化学物质及其变化
章末复习一、选择题1．下列关于氧化还原反应的叙述正确的是( )A ．在反应中不一定所有元素的化合价都发生变化B ．肯定有一种元素被氧化，另一种元素被还原C ．非金属单质在反应中只作氧化剂D ．金属原子失电子越多，其还原性越强2．在无色溶液里能大量共存，但加入盐酸后不能大量共存的离子组是( )A ．Fe 3＋、K ＋、NO －3、Ag ＋B ．Mg 2＋、Na ＋、CO 2－3、SO 2－4C ．K ＋、Al 3＋、Cl －、NO －3D ．Na ＋、K ＋、CO 2－3、Cl －3．吸入人体内的氧有2%转化为氧化性极强的“活性氧”，它能加速人体衰老，被称为“生命杀手”，服用含硒元素(Se)的化合物亚硒酸钠(Na 2SeO 3)，能消除人体内的活性氧，由此推断Na 2SeO 3的作用是( )A ．作还原剂B ．作氧化剂C ．既作氧化剂又作还原剂D ．既不作氧化剂又不作还原剂4．下列各反应中，氧化反应与还原反应在同种元素中进行的是( )A ．Cl 2＋2NaOH===NaCl ＋NaClO ＋H 2OB ．2KClO 3=====MnO 2△2KCl ＋3O 2↑ C ．2KMnO 4=====△K 2MnO 4＋MnO 2＋O 2↑D ．2H 2O=====通电2H 2↑＋O 2↑5．在含有CuSO 4、MgSO 4、H 2SO 4和FeSO 4的溶液中加入适量锌粉，首先置换出的是( )A ．MgB ．CuC ．FeD ．H 26．X 、Y 、Z 为三种金属单质。
已知：Y 能将Z 从其化合物的水溶液中置换出来，而Z 又能将X 从其化合物中置换出来。
由此可以推断下列说法正确的是( )①单质的氧化性：Y>Z>X ②单质的还原性：Y>Z>X ③对应离子的氧化性：X>Z>Y ④对应离子的还原性：X>Z>YA ．只有①B ．只有②③C ．只有①④D ．①②③④7．已知I －、Fe 2＋、SO 2、H 2O 2均有还原性，它们在酸性溶液中还原性的强弱顺序为SO 2>I －>Fe 2＋>H 2O 2，则下列反应不能发生的是( )A ．2Fe 3＋＋SO 2＋2H 2O===2Fe 2＋＋SO 2－4＋4H ＋B ．I 2＋SO 2＋2H 2O===H 2SO 4＋2HIC ．H 2O 2＋H 2SO 4===SO 2＋O 2＋2H 2OD ．2Fe 3＋＋2I －===2Fe 2＋＋I 28．在反应11P ＋15CuSO 4＋2H 2O===5Cu 3P ＋6H 3PO 4＋15H 2SO 4中，每摩尔CuSO 4能氧化P 的物质的量为( )A.15molB.25mol C.35mol D.115mol4中Al3＋和SO2－4的离子个数比为()A．1∶2 B．1∶4C．3∶4 D．3∶2二、综合题11．一反应体系有反应物和生成物共7种物质：O2、KMnO4、MnSO4、H2SO4、H2O、H2O2、K2SO4。
活性氧测定的基本原理与方法
活性氧测定的基本原理与方法活性氧测定是指测定细胞或生物体中活性氧分子的浓度，活性氧是一类具有高度活性的氧分子，包括一氧化氮（NO）、超氧化物自由基（O2-）、羟基自由基（•OH）和过氧化物自由基（ROO•）等。
活性氧在生物体内的生成与清除是维持生物体正常代谢的重要环节，但过多的活性氧会对细胞结构和功能产生损害，甚至引发疾病。
1.超氧自由基（O2-）测定方法：超氧自由基的测定通常采用还原性品质荧光法。
超氧自由基与荧光染料2,7-二氨基苯基荧光素（DHE）反应生成有荧光属性的产物。
通过测定荧光强度来反映细胞或生物体中超氧自由基的浓度。
2.羟基自由基（•OH）测定方法：羟基自由基的测定通常使用t-Butanol为指示剂，通过和羟基自由基发生反应形成酚类产物，并通过分光光度计测定反应后酚类产物的吸光度来测定羟基自由基的浓度。
3.过氧化氢（H2O2）测定方法：过氧化氢是常见的活性氧物种之一，可以通过酶法或化学法进行测定。
其中酶法常采用过氧化酶（catalase）催化过氧化氢与4-氨基安替比林（4-AAP）反应生成有色产物，并通过分光光度计测定反应后产物的吸光度来测定过氧化氢的浓度。
4.一氧化氮（NO）测定方法：一氧化氮是一种重要的信号分子，在体内具有多种生理功能。
目前常用的一氧化氮测定方法是Griess法。
该方法将一氧化氮转化为一种比较稳定的化合物（例如亚硝酸盐），再通过与N-(1-Naphthyl)ethylenediamine反应生成有色产物，通过分光光度计测定反应后产物的吸光度来测定一氧化氮的浓度。
除了上述方法外，还有许多其他常用的活性氧测定方法，如电子自旋共振（ESR）法、化学发光法、荧光法等。
总之，活性氧测定方法可以根据具体的活性氧物种的特性和试剂的选择进行优化，通过测定与活性氧反应后的产物或信号来反映活性氧的浓度。
这些方法在生物医学研究和临床实践中具有重要的应用价值，可用于研究活性氧在生物体内的生成与清除机制，为研究相关疾病的发生机制和寻找相关的治疗方法提供参考。
活性氧测定各种方法及原理
评述与进展 活性氧测定的基本原理与方法林金明3 屈 锋 单孝全(中国科学院生态环境研究中心,北京100085)摘 要 综述了过氧化氢(H 2O 2)、一重态氧(1O 2)、超氧阴离子自由基(・O -2)以及羟自由基(・OH )等活性氧的测定方法。
侧重介绍活性氧的化学反应法、捕捉法和直接测定法的基本原理和最新的进展情况,并比较了这几种方法的各自特点。
关键词 活性氧,化学发光,自由基,评述 2001211208收稿;2002205205接受本文系中国科学院“百人计划”和国家杰出青年科学基金资助项目(N o.20125514)1 活性氧氧是生命运动过程中不可缺少的一种气体,人们一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年代初英国人Joseph Priestley 发现氧以来,氧一直被人们认为是一种对人体百益而无一害的气体。
可是,科学技术迅速发展起来的今天,我们知道,不管是空气中的氧还是水中的溶解氧都具有较高的氧化性,与一般的金属铁一样,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。
特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McC ord 与Fridovich 1发现,在生化反应过程中O 2获得一个电子还原生成超氧自由基(O -2),进而经过红血球的分离精制后获得O -2的清除灭活酶,并命名为超氧化物歧化酶(superoxide dismultase ,S OD )。
这一发现激发了大批的科学研究者致力于O -2的生成过程、反应活性、毒性、生理和病理等等各方面的研究,去探索解明S OD 在生理学上的意义。
同时由O -2衍生出来的过氧化氢(H 2O 2)、羟自由基(・OH )、激发态氧(一重态氧或称单线态氧,1O 2)也受到了人们的重视。
近10多年来,活性氧在人体内的作用受到人们极大的关注,报道了大量有关活性氧,特别是超氧自由基和羟自由基与机体细胞的许多功能活动以及各种疾病,如癌、动脉硬化、糖尿病、心脑血栓、缺氧再灌注综合症、感染以及衰老效应等相关的研究论文和著作2～8,引起人们对活性氧的普遍兴趣,从而激发了人们更深入地去研究活性氧的各种特性,开发各种相关的抗氧化、抗衰老物质,在医学和分子生物学领域已成为一项广泛引起重视的研究课题。
什么是活性氧？
什么是活性氧？1、活性氧是指分子氧在还原过程中的一系列中间产物，活性氧包括以自由基形式存在和不以自由基形式存在的具有高活性的中间产物;2、活性氧是指在生物体内与氧代谢有关的含氧自由基和易形成自由基的过氧化物的总称，机体内氧化代谢可不断形成活性氧，在一定的空间、时间和一定的限度内活性氧有积极的生理作用;3、活性氧是指化学性质活跃的含氧原子或原子团，如超氧自由基(·O2-)、过氧化氢(H2O2)、羟自由基(·OH)等等，活性氧可使类脂中的不饱和脂肪酸发生过氧化反应，破坏细胞膜的结构;4、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，主要有一种激发态的氧分子，即一重态氧分子或称单线态氧分子(1O2);5、所谓活性氧是指比基本状态的分子状态的氧(空气中存在的氧)的化学反应性更活泼的、含有氧原子的分子或自由基;6、活性氧是指氧的某些代谢产物和一些反应的含氧产物，特点是含有氧且化学性质较氧(基态氧)活泼;自由基是指能独立存在的含有一个或一个以上未配对电子的任何原子或原子团;7、活性氧是指含有氧元素且较O2活泼的自由基或非自由基的统称。
在1931年Haber就曾假设有·O-2(超氧根阴离子)存在，需氧生物2%~5%的摄入氧在氧化反应中可接受单电子或被歧化或被其他物质作用生成活性氧;8、过氧化氢与氧自由基合称为活性氧，它们在缺血再灌注损伤机制中起着重要的作用，所以从静脉直接输入大量的过氧化氢对先天性心脏病患者有无潜在损害还有待商榷;9、活性氧是指机体内由氧形成、含氧而且性质活泼的一些物质的总称，最主要的有二种含氧的自由基，即超氧阴离子(O2·-)和羟自由基(·OH);10、活性氧是指那些含氧原子，但比分子氧更为活泼的化学反应;11、体内重要的一类自由基是氧自由基，也称为活性氧，一般包括Q一、·OH、ROO·、RO·等，自由基可攻击生命大分子物质及细胞壁，造成机体的多种损伤和病变，加速机体的衰老;12、这些含有氧而又比O2活泼得多的化合物称为活性氧，也有人将他们统统归纳为活性自由基类。
活性氧名词解释
活性氧名词解释活性氧（reactive oxygen species，ROS）是指一类存在于生物系统中、具有活性的氧分子和氧离子。
活性氧包括超氧自由基（superoxide radical，O2•-）、羟自由基（hydroxyl radical，•OH）、过氧化氢（hydrogen peroxide，H2O2）和一氧化氮（nitric oxide，NO）等。
活性氧在生物体内产生的主要途径包括代谢过程、细胞色素P450系统、线粒体呼吸链以及光照和热应激等。
活性氧在正常生理过程中具有重要作用，如参与免疫反应、调节细胞信号转导途径、调控细胞周期进程等。
然而，当活性氧的产生和清除失衡时，会导致细胞内的氧化应激，损伤生物体的生命活动。
活性氧对细胞的损伤主要通过以下机制展开：1. 活性氧与细胞的血浆膜、蛋白质、脂质和核酸等生物分子直接反应，引起它们的氧化损伤；2. 活性氧可以引起细胞内某些有关氧化还原平衡的关键分子（如谷胱甘肽、谷胱甘肽过氧化物酶等）受损，从而影响细胞内氧化还原平衡；3. 活性氧还能引起DNA断裂、脱氧核糖核酸损伤和基因突变等。
活性氧在人体中与多种疾病的发生和发展密切相关。
例如，心脑血管疾病中活性氧可损害血管内皮细胞和心肌细胞，导致血管病变和心肌损伤；炎症反应中活性氧可以催化炎性介质的生成；神经系统疾病如帕金森病和阿尔茨海默病中活性氧级可以损伤神经细胞等。
为了防止活性氧引起的氧化损伤，生物体内有一套复杂的抗氧化防御系统。
包括抗氧化酶如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等，能清除体内的活性氧；抗氧化物质如维生素C、维生素E、谷胱甘肽、多酚类化合物等，能中和体内的活性氧。
此外，适度的运动、饮食和生活方式也能增强体内的抗氧化能力，减少氧化损伤的发生。
总之，活性氧在正常生理过程中有益作用，但过量的活性氧可导致氧化应激，损害生物体的生命活动。
因此，保持正常的活性氧水平和调节抗氧化防御系统的功能对于维持身体健康至关重要。
活性氧文档
活性氧什么是活性氧活性氧，也被称为反应性氧（reactive oxygen），是指一类带有高度电子亲和力的氧化性物质，具有活性较高的氧气化合物。
活性氧包括超氧自由基（O2•-）、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基（•OH）等。
活性氧是由于生物体内产生的一类氧化剂。
它们主要是副反应氧化产生的，而与呼吸链活动无关，但与呼吸链过程有密切的联系，有使细胞膜质和蛋白质变性，及脂质过氧化使膜变性造成膜损伤作用。
活性氧在生物体内的生成方式是复杂多样的，它们的生成和消除是相互联系、相互制约的。
活性氧在生物体的物理、化学和生理过程中发挥着重要的作用。
在一定程度上，活性氧是生命活动的产物，是生命繁衍的过程中有益的物质。
然而，如果机体内产生的活性氧超过了生物体所能耐受的范围，并造成了对细胞、组织和器官的破坏，就会引发众多的疾病和衰老。
活性氧的生成途径活性氧的生成主要有三个途径：1.过氧化物酶体的代谢产物：过氧化物酶体是人体内防御氧化应激的重要器官，它能将许多有毒的活性氧变为无害的物质。
然而，在一些情况下，过氧化物酶体也会产生活性氧。
例如，过氧化氢是过氧化物酶体代谢产物之一，过多的过氧化氢会导致细胞内活性氧浓度升高。
2.细胞色素p450系统：细胞色素p450是一种重要的内质网酶系，它能在很多细胞中合成和催化一些活性物质。
细胞色素p450在催化反应中会释放出大量的活性氧，对细胞和组织造成损伤。
3.铁、铜离子的参与：铁和铜是细胞内常见的金属离子，它们能够作为催化剂参与氧化反应。
在过氧化氢的存在下，铁和铜的离子会催化产生羟基自由基，进而引发氧化应激。
活性氧的损伤作用活性氧在生物体内的生成和消除是相对平衡的，但当生物体处于某种不利的环境或受到某种压力时，活性氧的产生可能会超过生物体自身的清除能力，从而引发氧化应激。
活性氧对生物体的损伤主要表现在以下几个方面：1.损伤DNA：活性氧可以引起DNA链断裂、碱基损伤和氧化鸟嘌呤等病理改变，从而导致遗传物质的突变和细胞的癌变。
活性氧的检测方法
活性氧的检测方法活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS），是指一类高度活泼的氧化剂，包括超氧阴离子自由基（O2·-）,过氧自由基（·O2-）,氢过氧化物（H2O2）和羟基自由基（·OH）等。
活性氧在生物体内产生具有重要的生物学功能，但过量的活性氧会导致细胞氧化应激和氧化损伤，甚至引发多种疾病。
因此，准确、灵敏地检测活性氧的水平对于生物医学研究和临床诊断具有重要意义。
本文旨在介绍一些常用的活性氧检测方法，包括化学发光法、流式细胞术、蛋白质标记法以及分子探针法。
1. 化学发光法化学发光法是一种常用的检测活性氧的方法，其原理是通过检测化学反应所产生的荧光信号来间接测定活性氧的含量。
其中，氧化荧光素（DHE）和二苯基五氮唑（DPI）是两种常用的探针物质。
通过与细胞或组织中的活性氧反应，这些探针物质会发生化学变化，产生荧光信号，从而可以间接测量活性氧的水平。
2. 流式细胞术流式细胞术是一种高通量、高灵敏度的活性氧检测方法。
通过将细胞与特定的探针（如二苯基五氮唑、二氧化碳和二溴苯蓝）共孵育，然后使用流式细胞仪对细胞进行检测和分析。
这种方法可以实时监测细胞中活性氧的动态变化，并且可以定量分析不同细胞群体中活性氧的水平。
3. 蛋白质标记法蛋白质标记法是一种利用免疫学原理检测活性氧的方法。
通过特异性抗体与活性氧产生的蛋白质分子进行结合，然后通过荧光或酶标记的二抗对抗原-抗体复合物进行检测。
这种方法可以定量检测活性氧在细胞或组织中的定位和分布，从而进一步研究活性氧的生物学效应。
4. 分子探针法分子探针法是一种基于分子探针的活性氧检测方法。
探针分子与活性氧存在特定的反应，通过测量探针与活性氧反应后的荧光强度或吸收光谱变化来定量分析活性氧的含量。
比如，二苯基氨基腙（DPA）和二羟基芳香乙酰胺（DMA）等探针物质被广泛应用于活性氧的检测研究中。
以上介绍了常用的活性氧检测方法，包括化学发光法、流式细胞术、蛋白质标记法以及分子探针法。
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活性氧活性氧是一种高度反应性的氧化物，包括氧自由基和过氧化物自由基。
它们在正常代谢过程中产生，并且在维持生命中具有重要作用。
但是，当活性氧的产生量超过细胞能够承受时，就会导致氧化应激，这可能对细胞和组织造成损害。
氧是生命中不可或缺的元素，在呼吸过程中扮演着重要角色。
然而，氧也有一些负面影响，主要体现在其高度反应性的性质上。
在正常代谢过程中，氧自由基会形成，这是由于氧气发生还原反应而产生的。
氧自由基是不稳定的，具有未配对电子，极易与其他分子发生反应。
活性氧可以通过多种途径产生，其中包括线粒体呼吸链、细胞色素P450酶、氧化还原反应等。
一旦活性氧生成，它们会与细胞内的生物大分子（如DNA、蛋白质和脂类）发生反应，导致损伤。
这种损伤被称为氧化应激，它在多种疾病的发生和发展中起着重要作用，如心血管疾病、癌症、糖尿病和神经退行性疾病等。
活性氧的产生还受到多种因素的影响，包括环境因素、生活方式和遗传因素。
环境因素包括吸烟、辐射、污染物等，这些都可以增加活性氧的产生。
生活方式方面，不良的饮食习惯、缺乏运动、压力等都可能导致氧化应激。
此外，个体的遗传背景也可以影响活性氧的产生和清除。
为了应对氧化应激，细胞和组织有多种防御机制。
首先，细胞内存在多种抗氧化酶和分子，如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、维生素C和维生素E等。
它们可以中和活性氧，减少其对细胞的损伤。
其次，一些食物和草药中含有丰富的抗氧化物，如多酚类化合物、类黄酮和硫化合物等，可以通过饮食来摄取。
此外，一些治疗方法，如抗氧化剂的使用、体育锻炼等也可以帮助减少氧化应激的程度。
尽管活性氧可以对细胞和组织造成损伤，但它们在合适的量下也是必需的。
活性氧在正常代谢过程中参与多种细胞信号传导和生理功能调节，例如免疫反应、细胞增殖和凋亡等。
因此，关键是保持适当的平衡。
当活性氧的产生量超过清除量时，就会导致氧化应激，对细胞和组织产生负面影响。
总结起来，活性氧是一类高度反应性的氧化物，包括氧自由基和过氧化物自由基。
活性氧
活性氧，首先要了解自由基。
所谓自由基，是指那些拥有不成对电子的化学基团，可以是离子、分子和原子。
众所周知，原子是一切元素的基本单元，分子是由原子组成的，组成分子的原子是由原子核和核外电子组成，而电子的数量和分布是有规律的，其中一个重要规律就是成对趋势。
如果电子不成对，则容易接受或失去一个电子以实现所有电子成对，自由基就是这样容易接受或失去电子的物质。
接受电子是被还原，失去电子是被氧化，因此自由基是具有比较强的氧化性或还原性的物质。
活性氧是指那些含氧的具有比较强的氧化和还原性质的自由基和非自由基氧的衍生物，例如体内最常见活性氧的超氧阴离子、过氧化氢和一氧化氮。
可以这样理解，活性氧是需氧生物如人体内具有较强反应活性的含氧基团。
人体每时每刻都离不开自由基和活性氧，例如氧气本身就是自由基，氧气的重要性不言而喻；一氧化氮是机体内重要的信号分子，具有非常广泛的生物学作用，血管内皮细胞缺少一氧化氮血压将难以维持正常，一氧化氮就是一种重要的自由基和活性氧；机体多种活动依赖的能量需要通过能量代谢，而能量代谢是由一系列生物化学反应实现的，任何生物化学反应发生障碍都可能影响能量代谢的正常进行，而这些生物化学反应中最重要最常见的就是氧化还原反应，其中大部分氧化还原反应属于自由基反应，所以，没有自由基反应就无法实现能量代谢。
总之，氧气、自由基和活性氧都是生命活动不可缺少的物质。
当人们考虑到自由基和活性氧过度增加引起的氧化损伤时，一个最常见误解是把所有活性氧简单地作为一个整体，机体内活性氧的种类非常多，它们的活性存在非常大的区别。
机体内主要的活性氧类型，如超氧阴离子、过氧化氢和一氧化氮等，活性相对比较弱，这些活性氧对机体往往是必要和有利的，只有当这些活性氧含量过高才可能对机体造成伤害。
少部分活性氧类型，如羟基自由基、亚硝酸阴离子和次氯酸根等，活性特别强，非常容易与细胞内的蛋白、核酸、脂类等重要生物大分子发生不可逆性化学反应，导致这些分子发生致命性损伤，既氧化损伤，这几乎是人类所有疾病发生发展的最常见和最基本的病理生理机制。
8.2 活性氧的作用
一、活性氧的概念和种类生物机体的新陈代谢离不开O2。
O2经肺进入血液，被运送至组织。
在组织细胞中，营养物质经氧化-磷酸化而产生能量，O2被还原成H2O，同时产生一些含氧代谢物。
自由基 (free radicals)：指外层电子轨道上含有单个不配对电子的原子、原子团和分子的总称。
化学性质活泼氧化性强半衰期短（10-9 s)活性氧（reactive oxygen species, ROS）：是指化学性质活泼的含氧代谢物，包括氧自由基、脂性自由基、NO、1O 2和H 2O 2等。
（1）氧自由基 (oxygen free radicals)：以氧为中心的自由基称为氧自由基。
如：超氧阴离子(O 2 · )、羟自由基(· OH )等。
1. 活性氧的概念2. 活性氧的种类（2）脂性自由基：指氧自由基与多不饱和脂肪酸作用后生成的中间代谢产物，包括烷氧自由基（LO·）、烷过氧自由基（LOO·）等。
（3）一氧化氮（NO）：NO由L-精氨酸在NOS催化下产生。
NO与超氧阴离子自由基反应生成过氧亚硝基阴离子（ONOO -），后者可进一步生产·OH。
L-精氨酸NOS NADPH NADP +L-胍氨酸 + NO O 2NO + O 2 · ONOO -ONOO - NO 2 · + ·OH + H +H 2O（4）单线态氧（1O2）：是一种能量较高的激发态氧，其氧分子的外层轨道中有两个自旋方向相反的电子，化学性质极其活泼。
（5）过氧化氢（H2O2）：本身不是自由基，但有强氧化作用，在Cu2+ 或Fe2+ 的作用下可生成·OH，或通过均裂生成·OH。
二、活性氧的清除抗氧化酶Cu/Zn/Mn-SOD 过氧化氢酶（CAT）谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px)2H 2O 2 2H 2O + O 2CATO 2. + O 2. + 2H + H 2O 2 +O 2SOD H 2O 2 + 2GSH 2H 2O + GSSG GSH-Px ——非酶性抗氧化物维生素E维生素A 维生素C GSH 还原O 2·、1O 2、脂质自由基清除1O 2，抑制脂质过氧化抗氧化，维持维生素E的活性状态清除H 2O 2，维持还原状态—活性氧的来源和清除缺血时，电子传递受阻，活性氧产生↑。
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过氧化物酶体
7.2.1 线粒体内膜上产生ROS的过程——电子传递 链上的“电子漏”
e e
(一)NADH的自氧化和氧分子的单电子还原
NADH脱氢酶
−e
+e +e
−e
FMN O2 · OH ←H2O2← O2−·
(二)辅酶Q的自氧化生成O2−·
O CH3O CH 3 CH 3 CH3O O (CH 2 CH C
O H N O
次黄嘌呤 HX
N 黄嘌呤氧化酶 O H XO
N 黄嘌呤氧化酶 O H XO
N H
N H
尿酸
在氧对次黄嘌呤过量时，生成O2−· ：
HX+ 2O2 +H2O→X+ 2O2−· +2H+ X+ 2O2 +H2O→尿素+ 2O2−· +2H+
如果氧分子供应不足，则生成H2O2：
HX+ O2 +H2O→X+ H2O2 X+ O2 +H2O→尿酸+ H2O2
( 一 ) 初级活性氧物种的反应 自由基与自由基间的结合
· CH3 + · CH3 CH3 −CH3 相同自由基结合 −O−O−N−O 不同自由基间的作用 ·O−O− ＋·N−O + H+ · OH + ONO· • 自由基与非自由基间的反应——原子-电子交换， 生成新的自由基 · R + H:R’ RH + ·R’ 抽氢反应 • 自由基参与的加成反应——生成新自由基
磷脂中的多不饱和脂肪酸是易受ROS攻击的靶结 构。由于多不饱和脂肪酸和ROS反应过程中都经 过过氧化物中间物，所以这类反应过程统称为 脂质过氧化(Lipid peroxidation, LPO)。
7.3.2 自由基对脂类的损伤
脂质过氧化是一个多步过程，· OH和O2−· 都能引 发，后续反应及反应产物复杂，但是其基本反 应差不多，中间活性氧物种无非是R· 、 RO· 、 ROO· 、ROOH等；而终产物则是丙二醛(MDA)等羰 基化合物以及烷、烯等。
.. .. 2− :O .. :O .. :
.. · O H · .. ·
(一)氧分子得到第一个电子，生成 −· O • 某些过渡金属离子的配合物如 2 Fe(II)EDTA具有单电子
还原性，可将氧分子转变成O2−· 。如果同时再有一个还 原剂把由此生成的Fe(III)再变回Fe(II)，Fe(II)重新 去还原氧分子，产生更多的O2−· 。 • 例如Fe(II)EDTA+抗坏血酸(维生素C，VC)就构成了一 个推动O2−· 生成的反应体系。 O2 Fe(II)EDTA VCox
OOH ROOH
MDA(malondialdehyde)：
脂肪遇氧化的最终产物
可以长期存于人体，对 人体造成伤害
O−O键均裂 OOH ROOH
(4)ROOH的变化
O· RO· ＋ · OH
O−H键处断裂
OOH ROOH OO· ROO·
＋ · H
当ROOH周围有金属离子存在时发生Fenton反应
抗坏血酸的负面作用： 它能把铁由三价变为二价，促进亚铁离子催化 超氧阴离子和羟自由基的形成，所以抗坏血酸 与铁剂联合用药应该特别注意。
抗坏血酸自由基本身也有破坏作用。一度主张 使用极大剂量VC是不合理的。
O2 Fe(II)L VCox H2O2 Fe2&#)L
7.1 ROS的生成、转化和性质
7.1.1 初级活性氧物种的形成
氧分子的单电子还原中间物O2−· 、H2 O2 和· OH是初级ROS。 e e O2 · OH ④ ② ③ ① 基态氧 超氧阴离子 过氧离子 羟自由基 O2 O2
−· 2−
e
e
OH−
.. .. O .. ::O ..
.. ..− · O .. ::O ..
O2 金属离子催化的 Haber-Weiss反应
· OH + OH−
Fe3+
O2−·
( 四 )· OH得到一个电子，变成水(OH−)
在生物体内，· OH生成后很容易与靶分子作用得到一 个电子变成OH−。 · OH在体内造成的损伤最大、最广泛。
(五)单线态氧1O2(singlet oxygen)的生成
O2
Cu+
O2−·
超氧化物歧化酶
(三)通过金属离子催化的Haber-Weiss反应， 产生羟自由基
O2−·+ H2O2 · OH + O2 + OH− (1) Fe2+ + H2O2 Fe3+ + · OH + OH− Fenton反应
(2) O2−·+ Fe3+
H2O2 Fe2+
Fe2+ + O2
O CH3O CH 3 CH 3 CH3O O (CH 2 CH C CH 2)nH
e
CH 2)nH
coenzyme Q e + 2H
· OH ←H2O2← O2
coenzyme Q •
semiquinone radical
+
O2
−·
OH CH3O CH3 CH3 CH3O OH (CH2 CH C CH2)nH
7.3.3 自由基对蛋白质的损伤
半胱氨酸残基是蛋白质对ROS最敏感的基团。
SH
SH ROS
S·
S·
S
S
酪氨酸残基也易与自由基反应
O-tyrosine和o,o’-dityrosine可用来作为体内蛋白质氧化程度 的marker，o,o’-dityrosine会随年龄增长而累积在生物体的骨 骼、心肌细胞中，因此 可以作为人体老化程度的指标。
coenzyme QH2
在白细胞受到刺激时，细胞膜上的NADPH氧化酶被激活， 推动O2对NADPH的单电子氧化，同时产生O2−· ，这也是白 细胞发挥吞噬作用所需要的。 NADPH氧化酶是一个锰酶。锰在三价和二价之间的转化 推动O2的单电子还原与NADPH单电子氧化的偶联。 NADP· ④ O2 ③
第7章 自由基生物医学
相关概念
• 自由基：
指那些最外层电子轨道上含有不配对电子 (单电 子)的原子、离子或分子，如· CH3, · Cl, NO, O2−· 。它们 性质极不稳定，具有抢夺其他物质电子以使自己原本不 成对的电子变得成对(较稳定)的特性。按照单电子所在 的原子，自由基分为碳中心、硫中心、氧中心自由基等。 由氧分子单电子还原生成的初级产物 (如超氧阴离子O2−· ， H 2O 2, · OH)和由这些初级活性物质与生物大分子作用生成 的次级活性物种(如ROOH，RO· )大部分是自由基，但并不 都是自由基，被称为活性氧物种(reactive oxygen species, ROS)。
基态氧分子受激发后的高能氧分子。
S=2(1/2+1/2)+1=3
S=2[1/2+(−1/2)]+1=1
危害：1O2会与· OH攻击脂肪分子 基态氧3O2(又称三线态氧) 单线态氧1O2
7.1.2 初级活性氧物种的反应和次级活性氧 物种的生成反应
初级ROS与各种大小有机分子进行电子转移反应，产生 新的自由基或非自由基的活性物种，称为次级ROS。 次级ROS中相当多都是化学活泼的，也有些是相对稳定 的。
蔬菜和水果是最佳的抗氧化选择。他们含有一些自然 的植物化学成份，例如黄酮类(Flavonoids)、吲哚类 (Indoles)物质、蕃茄红素(Lycopene)等等。
自由基与多不饱和脂肪酸作用的基本反应过程 (1)引发——抽氢反应生成碳中心自由基(RH→R· ) · OH, O2−· · RH R ·
(2)加氧生成过氧自由基(R· →ROO· )
·
R ·
O2
OO· ROO ·
(3)过氧自由基的反应
与另一氢原子供体R’H进行氢交换 R’H OO· ROO· • 分子内氧化生成MDA R’·
RSH + · OH → RS·+ H2O 2RS·→ RSSR
在一个细胞里，可以产生ROS的地方很多，参 与这个过程的生物分子也很多。大体可以划分 在以下几个部位：
线粒体内膜 电子传递链 膜 细胞溶胶 O2
−·
7.2 活性氧物种的体内形成
NADPH氧化酶
黄嘌呤氧化酶 小分子还原剂
内质网
细胞色素P450
H H R· ＋A－C＝C－B
H H A－C－C－B · R
(二)初级活性氧物种参与的次级活性氧物种的形成 以在体内造成损伤最 大、最广泛的· OH为例 (1)由抽氢引发的链 反应：与含有活泼氢 的有机化合物作用再 获得一个电子并抽去 一个氢原子。
(2)由加成引发的链反应：主要是自由基在双 键上的加成。
7.4 抗氧化防御系统
7.4.1 非酶抗氧化剂
在自然的饮食中，被称为三大抗氧化物质 的是维生素E、维生素C和-胡萝卜素。
(一)维生素E(VE) 脂溶性——重要的膜 抗氧化剂
VE
VC还原
VE自由基
醌式
(二)抗坏血酸(又称维 生素C，VC)
O
O
OH CHCH2OH −e O
O
−
R
· O O HO OH 歧化 水溶性的抗坏血酸在 半去氢抗坏 细胞内外都能存在，能 血酸自由基 与O2 − · 、H2O2、· OH作用， 去氢抗坏血 O 是最重要的生物抗氧化 酸还原酶 O R 剂，特别是细胞外抗氧 去氢抗坏血酸 化剂。 O 水解 O VC的重要性还在于配 合VE工作，一方面它和 COOH COOH VE分工，它管细胞内外 O C CHOH O2, 2H+ COOH 介质，VE管细胞膜；另 O C HO CH COOH, 一方面，它的电势较低， CHOH CH2OH 草酸 负责把一部分氧化了的 R 三羟基丁酸 VE再还原回来。 二酮古隆酸