自由基生物学
自由基
自由基与人体的关系一、什么是自由基正常情况下，参与代谢的氧大多数与氢结合生成水，然而有4－5％的氧将被酶所催化形成超氧阴离子，后者又可形成过氧化氢，它们都属于自由基。
自由基有多种，如氧自由基和羟自由基，是指那些最外层电子轨道上含有不配对电子的原子、离子或分子。
从化学结构上看是含未配对电子的基团，原子或分子。
人体内以氧化形成的自由基最为重要，包括超氧阴离子（O·）、羟自由基（OH·）、烷氧基（RO·）、烷过氧基（ROO·）、氢过氧化物（ROOH）等，它们又统称为活性氧。
存在于体内的非氧化自由基主要有氧自由基（H·）和有机自由基（R·）。
自由基具有高度的氧化活性它们极不稳定，活性极高，它们攻击细胞膜、线粒体膜,与膜中的不饱和脂肪酸反应，造成脂质过氧化增强。
脂质过氧化产物又可分解为更多的自由基，引起自由基的连锁反应。
这样，膜结构的完整性受到破坏，引起肌肉、肝细胞、线粒体、DNA、RNA等广泛损伤从而引起机体的衰老，也是引起各种疾病，诸如炎症癌症、扩张性心肌病、老年性白内障、哮喘等疾患的原因。
故自由基是人体疾病、衰老和死亡的直接参与和制造者。
人体内的自由基是处于不断产生与清除的动态平衡之中。
自由基是机体有效的防御系统，如不能维持有一定水平的自由基则会对机体生命活动带来不利影响。
但自由基产生过多或清除过慢，它通过攻击生命大分子物质及各种细胞器，会造成机体在分子水平、细胞水平及组织器官水平的各种损伤，加速机体的衰老进行过程并诱发各种疾病。
而我们的身体，当然也会有自然产生的自由基清除者来能抑制自由基形成，此外，身体自然制造的酵素，也可中和自由基。
除了这些酵素，我们还可由饮食中摄取天然的抗氧化剂，例如维生素A、C、E及硒，以协助体内清除自由基。
如果人体系统在自由基的充斥下，而自然产生的自由基清除者无法“应付”时，健康就会亮起红灯。
因此，人们在平时就应通过饮食，摄取天然的抗氧化剂，或服用一些补充品，来协助身体破坏自由基。
自由基的产生方法
自由基的产生方法介绍自由基是一种高度活跃且未配对的分子或原子，具有不同的反应性。
自由基的产生方法包括自然生成和人为生成两种途径。
自由基在生物化学、环境科学和工业应用等领域具有重要的作用。
自然生成的方法自然生成的自由基主要来源于以下几种途径：光解反应光解反应是指分子在光照条件下发生解雇，产生自由基。
例如，在大气中，紫外线照射下，氧分子会发生光解反应，形成两个氧原子自由基。
O2+ℎν→2O·辐解反应辐解反应是指分子受到辐射的能量激发后，发生中断化学键，产生自由基。
例如，在生物体内，DNA分子受到紫外线的辐射，产生DNA链断裂的自由基。
氧化反应氧化反应是指物质与氧气发生反应，产生自由基。
例如，在生物体内，氧气可以与免疫系统产生的活性物质发生反应，产生氧自由基，参与抗菌作用。
高温反应在高温条件下，分子的热能增加，化学键变得不稳定，容易断裂，产生自由基。
例如，汽车发动机在高温条件下，燃烧过程中产生大量的氮氧化物自由基。
人为生成的方法人为生成的自由基主要来源于以下几种途径：烟草烟雾中含有大量的自由基形成物质，吸烟会导致体内自由基的产生增加。
吸烟者的体内自由基水平较高，容易受到自由基的损害。
空气污染物空气中的污染物如汽车尾气、工业废气等，释放大量的氧气自由基形成物质。
长期暴露在污染环境中的人，身体内自由基的产生率较高。
电离辐射电离辐射，如X射线、γ射线等，能够产生高能量的电离辐射，使分子发生断裂，释放自由基。
长期接触电离辐射的人，体内的自由基水平会增加。
化学物质某些化学物质具有强氧化性，例如重金属、有机溶剂等，在与生物体接触时，容易产生自由基。
人们在使用这些化学物质时需要注意防护。
自由基对人体的影响自由基对人体有一定的害处，它们具有强氧化性，会引起细胞膜的氧化损伤、DNA的突变、蛋白质的失活等。
长期暴露在高自由基环境中，会导致多种疾病的发生，包括心血管疾病、癌症、老化等。
为了抵御自由基的危害，人体内有一套自由基清除系统，包括酶类、抗氧化物质等。
自由基生物学
R·+ X-SH
R-H + X-S·
2X-S·
X-S-S-X
由此可见，硫醇类有机物在生物系统中是一种有
效的自由基清除剂（详见第三章）。
（3）耗氧反应
R· + O2 RO2· + A-H
RO2· R-OOH + A·
这个反应是自由基使机体产生老年斑的主要原 因。碘、硫和醌类可代替氧发生这个反应。
（4）歧化反应
脂类过氧化作用对于理解自由基对细胞的损伤也是 重要的。
即R·可从不饱和脂肪酸分子上夺走氢，使其变成自 由基，……不饱和脂肪酸自由基再吸收氧而形成败酸。 败酸再和组织蛋白质结合形成脂褐质，俗称老年斑， 即动物和人的神经细胞、心脏、肝及皮肤在老年时出 现的点状或弥散状色素沉着。其反应通式如图1-1：
（-CH=CH-CH2-）+ R· RH +（-CH=CH-HC·-） O2
夺氢反应：
OH·可从醇类上夺走一个氢原子，并与之结合生成 水，使醇碳原子带有一个不成对电子。以乙醇为例：
CH3CH2OH + OH·
CH3C·HOH + H2O
两个碳自由基可通过不成对电子构成共价键而生
成非自由基产物： CH3C·HOH + CH3C·HOH
CH3CHOH CH3CHOH
OH·与生物膜上的卵磷脂就是通过夺氢 反应产生碳自由基而造成膜损伤的。当 OH·攻击糖，例如DNA中的脱氧核糖时，能 产生许多不同的产物，其中有些具有致突 变作用。
（-CH=CH-CH2-） + （-CH=CH-HCO2·-）
O-OH
（-CH=CH-CH-）（ 败 酸 ） 图1-1 老年斑形成过程
第二章 活 性 氧
自由基生物学总复习
四、活性氧的清除机制
抗氧化酶
抗氧化剂
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五、体内活性氧增加的原因
1.生成增多
⑴缺氧或利用障碍
⑵长期吸入高浓度氧
⑶缺血及再灌注
2.清除能力降低
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六、防治体内活性氧过量的措施
1.减少活性氧的生成
⑴避免不正确吸入高浓度氧
⑵临床危重病救治时，应尽量缩短缺血时
间和减少氧耗量
⑶使用活性氧生成抑制剂
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O2-·
引发
H2O2
Fe2+ O2-·
HO·
LH
L·
O2
LOO·
LH
L·
LO·+ HO·
LOOH
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三、活性氧的作用
1.活性氧生理作用
⑴参与物质代谢
参与甲状腺素的合成 参与花生四烯酸的代谢
参与ATP的合成
参与药物、毒物的代谢 影响酶活性
⑵杀菌抗肿瘤作用
⑶参与信号传递和基因表达调控
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2.病理损伤作用
长期吸入高浓度氧 贫血和缺氧 机体抗氧化能力下降
活 性 氧 增 多
组 衰老 织 损 疾病 伤
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⑴损伤细胞
①破坏生物膜
活性氧 不饱和脂肪酸 脂质过氧化 膜液态性 流动性 通透性
主要影响：细胞膜
线粒体膜
溶酶体膜 小血管壁
发生改变
功能障碍
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②损伤蛋白质
氨基酸 破坏一级结构
活性氧
肽键 断裂 P· POO· POOP 丙二醛 蛋白质
黄嘌呤 + H2O + O2
尿酸 +2O2- ·+ 2H+
尿酸 + H2O2
黄嘌呤氧化酶
自由基在物种适应性中的作用
自由基在物种适应性中的作用自由基是指一类具有非常活跃的电子自由度的分子或原子，其特点是电子不成对，具有较高的反应性和化学活性。
自由基与物质进行反应，可发生氧化还原反应、加成反应、分解反应等。
自然界中存在大量的自由基，其中最常见的是氧自由基（O·）、超氧化物自由基（O2-·）、过氧化氢自由基（H2O2）、羟基自由基（OH·）等。
这些自由基对生物体有着重要的生理和病理作用，在物种适应性中也起到了一定的作用。
自由基的形成自由基的产生渠道有很多，其中最常见的是体内氧化还原反应过程。
氧化还原反应发生时，电子会从原子或分子中转移，并使得部分物质失去电子或获得电子，产生了自由基。
同时，机体内炎症反应、应激反应、辐射、饮食以及吸烟等也会导致自由基的产生。
自由基的作用自由基的作用可以分为正面和负面两方面。
在正常的生理状态下，生物体内部分子的代谢会产生少量的自由基，这些自由基可以帮助机体进行免疫和抗氧化反应，防止细胞发生病变。
而在病理状态下，自由基的过量产生会引起氧化应激，造成DNA、蛋白质和脂质的氧化损伤，导致组织器官损伤、细胞损伤和疾病发生。
自由基在物种适应性中也起到了一定的作用。
在物种进化过程中，生理性状的适应有很大的随机性，而自由基的反应路径又有着很高的多样性，这让自由基成为一种影响生物适应性的选择性因素。
以下分别从生长、繁殖和适应环境三个方面探讨了自由基的作用。
1. 生长生物营养的充足和自由基水平的升高都能刺激生长酶的合成，从而增加机体的生长发育。
自由基增加导致机体对营养物质的需求增加，同时也增加了机体利用食物和维生素的能力。
2. 繁殖自由基在生物繁殖过程中有较大的影响。
在生殖细胞的发生和成熟过程中，自由基的影响比单一的基因作用更为广泛和复杂。
研究表明，增加自由基水平能够使精子活力增强，卵细胞的受精率提高，从而提高了生殖能力。
3. 适应环境自由基水平的升高在一定程度上会促进生物体对环境变化的适应。
自由基反应的机理和生物学功能
自由基反应的机理和生物学功能自由基反应是一个化学过程，它涉及到自由基分子和其他分子反应产生新产物的过程。
自由基是一个非常活跃的分子，因为它有未成对的电子，需要和其他分子反应形成稳定的化合物。
这种反应是非常常见的，有很多不同的应用。
在生物学中，自由基反应是非常重要的过程，因为它们参与到很多细胞的活动中。
自由基反应的原理：自由基反应的原理在于它们具有未成对电子，而这些电子是非常活跃的。
当自由基与其他分子发生反应时，它们会捐出或接受电子，而这些反应会导致几个原子之间的共用电子轨道发生变化。
这种反应可以是非常复杂的，因为它们通常涉及到多个分子和一些中间体的反应。
不同的化学物质对自由基反应的方式有很大的影响。
自由基反应的机理：自由基反应的机理非常复杂，尤其是在生物学上。
在自由基反应的过程中，自由基分子从另一个分子中夺取一个电子，或把一个电子给另一个分子。
这种反应会导致目标分子发生改变，从而产生新的产物。
例如，生物体内的DNA会经常遭受自由基的攻击，而这种攻击会导致我们的细胞发生突变和死亡。
自由基反应的应用：自由基反应在生物学中有很多应用，其中最常见的是抗氧化作用。
抗氧化作用是指一种保护细胞和DNA免受自由基攻击的过程。
这种作用可以通过饮食、运动和其他方式来促进。
此外，抗氧化剂也可以用于化妆品、医药和其他应用。
自由基反应在许多生物学过程中也起着关键作用。
例如，氧化和还原）反应是一种重要的生物学过程，它涉及到氧化还原酶（redox enzymes）的作用。
这些酶可以通过将电子从一个分子转移到另一个分子来产生能量。
另一个例子是光合作用，这也是一种非常重要的生物学过程，它涉及到叶绿体中的化学反应。
总结：自由基反应是一个非常重要的化学反应过程，在生物学中起着至关重要的作用。
它们是生命得以存在和维持的基础。
深入了解自由基反应的机理和应用，有助于我们更好地理解生命的本质和生态系统的复杂性。
第一讲 自由基概述
谷胱甘肽过氧化物酶
• 2GSH+ 2H2O2——————GSSG+2H2O
谷胱甘肽过氧化物酶
• 2GSH+ ROOH——————GSSG+2ROH
谷胱甘肽过氧化物酶生物学 功能
• 同时科学家也认为，维生素Ｃ在 保护ＤＮＡ的同时，也具有伤害 ＤＮＡ的能力。
新的研究表明维生素C也具 有可怕的化学副作用
• 在破坏自由基的过程中，维生素C转变成 了维生素C自由基。如果附近有某种金属 离子，那么维生素C自由基就能将脂类氢 过氧化物转变成基因毒素（genotoxins）。 基因毒素会改变DNA的碱基对，从而破坏 DNA精细的密码。 • 研究人员发现每日补充进200毫克的维生 素C就能刺激可疑的基因毒素的形成。
例：维生素E对肺叶切除术病人血清过 氧化脂质、胰岛素和血糖变化的影响
• 40例病人随机分为对照(C)组和维生素E(E)组,E 组病人在术前和麻醉诱导后分别注射VE100mg,C 组不用此类药物。 • 对比两组病人血清过氧化脂质(LPO)、胰岛素和 血糖的变化。 • 维生素E能保持自由基产生与消除之间和平衡, 减轻脂质过氧化反应,从而降低血清LPO,并能消 除胰岛素与血糖间的“不协调”,提高葡萄糖利 用率,降低血糖。
• 1、清除脂质氢过氧化物； • 2、清除体内O2˙¯ ，防止对机体的直接 或间接损伤作用 • 3、减轻有机氢过氧化物对机体的损伤； • 4、参与调节前列腺素的生物合成。
4、抗氧化酶及其作用机 制
• 抗氧化酶特点：细胞含量主度特异性；含
Cu、Mn、Fe、Se抗氧化酶广泛地分布在 生物系统中，在防止氧化代谢物的损伤中 具有重要的作用。 • 酶不但协同地防止活性氧的损伤，而且相 互之间起保护作用。一旦在相互保护系统 中某一成员减弱或减少，整个酶性保护系 统可能全线崩溃，导致不可逆的细胞损伤。
活性氧自由基在细胞生物学调控中的作用研究
活性氧自由基在细胞生物学调控中的作用研究活性氧自由基是指一类高度活泼的物质，它们带有未配对的电子，具有很强的氧化性和化学反应活性。
在细胞生物学调控中，活性氧自由基发挥着重要的作用。
本篇文章将详细介绍活性氧自由基的产生途径、成因及其在细胞生物学调控中的作用研究。
一、活性氧自由基的产生途径活性氧自由基的产生途径非常复杂，主要包括光化学反应、电化学反应、生物化学反应等多种形式。
其中，最为重要的是细胞呼吸过程中的线粒体氧化作用。
当细胞内线粒体中的氧分子被还原为水，同时释放出碳氢化合物和ATP，就会产生大量的自由基。
此外，在细胞的一些生理过程中，也会产生活性氧自由基。
例如，吞噬细胞杀死外来入侵的细菌时，释放出的过氧化氢和超氧离子就是活性氧自由基。
二、活性氧自由基的成因活性氧自由基是存在于细胞中的化学物质，由于它们未配对的电子非常不稳定，因此会和周围的物质发生化学反应。
活性氧自由基很容易通过电子转移、自由基碰撞等反应和其他分子结合，从而影响它们的结构和功能。
此外，诸如细胞衰老、肿瘤形成、免疫反应等生理和病理过程也会影响活性氧自由基的产生和消除。
慢性疾病如糖尿病和高血压等病理条件也可能导致活性氧自由基的过度产生。
三、1．活性氧自由基在生物体中的信号传递在生理状态下，适量的活性氧自由基可以作为信号分子，参与到调节生物体代谢过程中来。
大量的实验研究表明，在人体或动物的许多细胞中，当活性氧自由基水平降低时，细胞内信号途径就会受到抑制，从而在整体上影响了细胞的调节过程。
2．活性氧自由基在免疫反应中的作用在免疫反应过程中，细胞的免疫系统会通过释放活性氧自由基来杀死入侵的病原体。
活性氧自由基对于细胞内部多种调节和信号传递途径均有关键作用，这有助于维持细胞内环境的稳定并保持正常的生理功能。
3．活性氧自由基在细胞衰老中的作用随着年龄的增长，细胞会逐渐积累由于活性氧自由基过度产生引起的氧化损伤。
细胞内代谢过程受到了束缚，应激响应过度或损失，最终会导致细胞衰老和死亡。
一、自由基的基本知识
2.辐射分解 如：水的辐射分解（辐射直接损伤大分子如DNA.Pr 间接损伤形成H 、OH自由
基引起DNA损伤）
H2O→H2O++eaq→eaq+H·+OH·→
（水正离子） （水化电子）
H2+H2O2+H3O++OH甲烷的卤代反应
可见光
CI：CI CH4+CI·
CI· +· CI H：CI+· CH3
的，但它对生物大分子具有损伤作用。故机体在
不断产生自由基的同时又在不断清除，维持动态 平衡。如果平衡失调就会导致细胞衰老活细胞损 伤，引起疾病。
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三、自由基生物学研究的内容 1.自由基的生物化学
（1）自由基的产生 （2）活件氧的重要作用 （3）生物大分了的过氧化作用 （4）生物体自由基的产生与清除 （5）自由基对机体的损伤和机体对自由基的 利用
（1）自由基的结合反应
R·+R·→R：R CI·+CI·→CI：CI H·+CI·→H：CI
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(2)自由基的转移反应
R·+ A：B→R：A + B·
·CI + CH4→CHI + ·CH3
(3)自由基的裂解反应（易在贝塔位裂解）
CH3 ∣ CH3－C－O·→·CH3+CH3－C＝O ∣ ∣ CH3 CH3
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3.过渡金属离子
可加速自由基反应，还可以改变反应产物
4.稳定自由基
抑制自由基反应
5.自由基反应抑制剂
减慢或停止自由基反应 ⑴酚类：VitC 、 VitE ⑵ 硫醇类化合物：半胱氨酸 、谷胱甘肽
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四、自由基的检测
自由基名词解释生物化学
自由基名词解释生物化学
嘿，咱来说说生物化学里的自由基是啥玩意儿。
有一回我看我妈在那儿敷面膜，我就好奇地问她为啥要敷面膜。
我妈说女人老得快，得保养，这自由基可坏了，会让人变老。
我就纳闷了，这自由基是啥呀？我妈也说不太明白，我就自己去查了查。
原来啊，自由基就像一群调皮捣蛋的小坏蛋。
在我们身体里，细胞进行各种活动的时候，有时候就会产生自由基。
这些自由基可不安分，它们到处乱窜，还会攻击我们身体里的好细胞。
就像一群小混混，看见谁就欺负谁。
被它们攻击得多了，我们的身体就会出问题，皮肤会变老，身体也会变得没那么健康。
咱平时生活里也有很多会产生自由基的事儿呢。
比如说晒太阳晒多了，自由基就会增加。
还有吃那些垃圾食品，也会让自由基变多。
所以啊，咱得注意保养自己，多吃点健康的食物，少晒太阳，这样就能减少自由基的危害啦。
总之呢，自由基就是一群让人又爱又恨的小捣蛋，咱可得小心它们，别让它们把咱的身体给搞坏了。
什么是自由基？对人体有什么影响？
什么是自由基？对人体有什么影响？什么是自由基？对人体有什么影响？1自由基的________自由基又叫做“游离基”，是一种化学叫法。
人体内会产生自由基，自由基会削弱细胞的抵抗力，降低人体免疫力，还会阻碍细胞的正常发展，使人变得衰老。
机体在代谢中不断地产生自由基，在酶催化的电子转移及氧化还原反应中，有许多自由基中间体参与；某些药物在体内以自由基中间体的活性形式发挥作用；在光化学反应及放射中多以自由基发挥作用。
生物体的自由基可通过下面几种方式产生。
自由基对健康的危害自由基会破坏DNA组织，导致基因突变，可能转变成癌症，还会干扰体内系统的运作，以致产生更多自由基，其连锁反应可导致自由基危害遍及全身。
1.削弱细胞的抵抗力，使身体易受细菌和病菌感染；2.产生破坏细胞的化学物质，形成致癌物质；3.阻碍细胞的正常发展，干扰其复原功能，使细胞更新率低于枯萎率；4.破坏体内的遗传基因（DNA）组织，扰乱细胞的运作及再生功能，造成基因突变，演变成癌症；5.破坏细胞内的线粒体（能量储存体），造成氧化性疲劳；6.破坏细胞膜，干扰细胞的新陈代谢，使细胞膜丧失保护细胞的功能；7.侵袭细胞组织及荷尔蒙所必须的氨基酸，干扰体内系统的运作，导致恶性循环，以致产生更多自由基，其连锁反应可导致自由基危害遍及全身；8.破坏蛋白质，破坏体内的酶，导致炎症和衰老；9.破坏脂肪，使脂质过氧化，导致动脉粥样硬化，发生心脑血管疾病10.破坏碳水化合物，使透明质酸降解，导致关节炎等。
【什么是自由基？对人体有什么影响？】什么是自由基？对人体有什么影响？2无处不在自由基在由原子组成的世界中有一个特别的法则：只要有两个以上的原子组合在一起，它们的外围电子就一定要配对；如果不能配对，它们就只得靠“掠夺”别的电子使自己变得安稳。
在化学中，这种现象被称为“氧化”，这种有着不成对电子的原子或分子叫作自由基。
自由基的种类非常多，存在的空间相当广泛，可谓无处不在。
在生物体系中遇到的自由基主要是氧自由基，通称活性氧（ROS）。
自由基生物学
自由基生物学是一门研究自由基在生物体内所扮演的作用的学科。
自由基是指一个具有单个未成对电子的分子或离子，它们极易与其他分子发生反应并改变它们的结构和功能。
虽然生物体内的自由基多数是原始的分子，但它们同样可能对生物体产生有害的影响，例如促进癌症、老化和心血管疾病的发生。
1. 自由基的产生生物体内的自由基在氧化代谢中形成，人类每座息一次就会产生自由基。
其大部分产生于线粒体内, 由于氧气途径线粒体的电子传递链并被还原，反而产生大量的自由基。
2. 自由基的影响自由基会反应促使生命现象的正常过程，但是如果出现过量或缺陷，将会给细胞带来损害。
当自由基的量过多时，它们将损伤细胞膜、蛋白质或核酸，导致DNA突变和细胞死亡。
3. 活性氧氧代谢中主要产生的自由基是超氧阴离子（O2-）、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基（•OH），是一种特殊的氧分子。
这种氧分子能维持人体健康，也会损伤健康的组织细胞。
它们能反应活性的细胞分子，从而导致复杂的生物学反应。
4. 抗氧化物为了预防自由基对细胞的损伤，人体具有一些能迅速清除有害自由基的抗氧化物，如维生素C、维生素E、葡萄多酚以及SOD、GPx等酶系等。
这些抗氧化物能够与自由基反应，使自由基失去自由度并化为稳定的分子。
它们是几乎所有具有抗衰老和抗癌作用的物质都所共有的成分。
5. 未来展望是一个新兴的领域，其潜在作用还有待于探明。
未来的研究可能会集中于测试自由基是否会在某些疾病的发生与发展过程中发挥作用，并探究抗氧化剂对疾病的保护作用。
总之，了解自由基及其影响对于认识疾病发生和预防具有重要意义。
生物体必须在自由基与抗氧化物之间保持一个正确的平衡以维持健康的状态。
因此，更多的研究是必不可少的。
生物物理自由基医学
自由基和医学一、自由基概念和基本特性1.概念：自由基（free radical ) ：能独立存在的，具有不配对电子的原子、原子团、离子或分子。
按照自由基定义，元素周期表中的过渡金属，除锌外，其它元素均属自由基, 他们的离子很多也是自由基。
2.电子在原子核外排布规则：1 首先占据能量较低的轨道2 每个轨道最多允许2个自旋方向相反的电子3 在同能量的轨道有多个（不止一个）时，电子要首先分占不同的轨道，且自旋方向相同3.基本化学性质：孤电子夺取或失去一个电子配成对(1)活泼(2)稳定自由基(取决于自由基的结构）4.基本物理性质：（孤电子）顺磁性电子顺磁（自旋）共振(SPR/SER)(1)自旋-自旋状态用自旋角动量(M)描述－－指示自旋的大小和方向；电子自旋速度的大小相同；电子自旋角动量的方向：无外加磁场时：方向任意；有外加磁场时：方向不任意，限制性取向（受量子力学限制只能取一些特定的方向）；电子自旋在磁场中所允许的方向由电子的自旋磁量子数ms决定（电子的自旋磁量子数ms=1/2,-1/2）；在外加磁场中电子将进行取向，电子的自旋方向只有2类允许方向。
(2)存在自旋的电子相当于一个小磁体(具有磁矩μ);外加磁场后，顺磁场与逆磁场的不成对电子具有不同的能量，此现象即为塞曼能级分裂;未加外部磁场时，物质所含孤电子的自旋（磁矩）是随机取向的，能量相同，物质净磁矩为零；加了外部磁场后，孤电子的自旋（磁矩）方向不是任意的了，自旋（磁矩）在外加磁场方向的投影大小受到限制，只允许1/2，1/2大小相等方向相反的两类，两类自旋的孤电子间存在能量差别。
根据Boltzmann分布孤电子处于这两种自旋的几率也有差别。
这样含孤电子的物质在磁场方向的净磁矩不再为零，此称为磁化（magnetization）;(3)顺磁共振现象:在外加磁场中，孤电子发生了塞曼能级分裂，若此时向该体系施加某种频率v的电磁波，当电磁波的能量刚好等于塞曼分裂的能级差时：处于低能级的电子就会吸收能量跃迁到高能级——顺磁共振（电子自旋共振）现象。
自由基生物学
统，让O2·-再产生另一个便于检测的反应， 通过检测SOD对这个反应的抑制程度间接 计算SOD活力。
6.2 活性氧
概念 O2的代谢产物及其衍生的活性物质，
统称为活性氧 (reactive oxygen species,ROS 或OFR) 。如:、·OH、H2O2、氢过氧基 (HO2·-)、烷氧基(RO·)、烷过氧基(ROO·)、 氢过氧化物(ROOH)等。
氧及其衍生物
天然存在的氧分子是自由基，含有2个不配对 的电子，分别位于不同的π*反键轨道上，有 相同的自旋量子数（自旋平行），这是氧的最 稳定的状态，称为基态氧（ground state）;
活泼形式的氧称为单线态氧，是基态氧接受了 能转变成的，有2种形式，1ΔgO2状态比基态 氧的能量高93.7kJ，1Σg+O2更活泼，比基态氧 的能量高156.9kJ；这两种单线态氧都已不存 在自旋限制，氧化能力大大增加。
当共价键异裂时，一个原子接受了成对电子， 如水异裂生成H+和OH-，由于都不存在不配对的电
子，故不是自由基。
6.1.1 自由基的产生
自由基可以通过共价键均裂产生，也可以通过 电子俘获产生。例如：CH4、CCl4
共价键化合物解离有两种方式：一是异裂；二 是均裂，其产物是自由基。 共价键解离的供能方法：热解、光解、辐射作 用、氧化还原偶联反应等。
利用这些方法系统地研究了氧自由基 和一氧化氮自由基的性质、生物功能和疾 病的关系，特别是在炎症、心脑缺血再灌 注损伤和神经退行性疾病中的作用。
4.自由基与医学的关系
从射线产生自由基及其具有顺磁性和 近年来对活性氧的研究得出结论：许多病
理过程，包括辐射损伤、衰老、毒物作用 及心血管疾病中的一些环节等，都和自由
《解读自由基》课件
自由基是什么？它们有何特性？本课程将深入解读自由基的定义、起源、产 生方式以及它们在化学反应、生物反应和环境中的作用。
什么是自由基
定义
自由基是一种带有未配对电子的分子或原子，非常活跃并具有高度反应性。
特性
自由基能够通过捕获电子来稳定自身，并可以引发一系列化学反应。
起源和产生方式
未来研究趋势
未来的研究将关注自由基与老龄化、环境保护和食 品安全等领域的关联。
结束语
自由基在我们生活中的重要性不容忽视。正确理解和防护自由基有助于维护健康、延缓衰老并保护环境。
自由基的危害
1 自由基的来源
自由基的产生可以来自环境因素，例如紫外线辐射和空气污染。
2 自由基和疾病的关系
过多的自由基会导致细胞受损和炎症，与多种疾病如癌症、心血管疾病和神经退行性疾 病相关。
3 自由基与老化的关系
自由基的累积和细胞损伤可加速老化过程，导致皮肤衰老和器官功能衰退。
自由基的防护
1
抗氧化剂的作用
摄入富含抗氧化剂的食物和补充剂有助
健康的饮食习惯
2
于中和自由基，保护细胞和身体免受氧 化应激。
选择富含维生素、矿物质和抗氧化剂的
食物，如水接触污染物、辐射和有害化学物质， 保持良好的卫生和健康习惯。
自由基的研究现状
最新研究成果
科学家们正在探索自由基对健康和疾病的更深层影 响，以及新型抗氧化剂的研发。
自由基的来源包括自然界、人体内部以及外界环境，例如辐射、污染物和化学物质。
自由基的作用
化学反应中的作用
自由基在氧化还原反应和分解 反应中扮演重要角色，促进分 子的转化和合成。
生物反应中的作用
自由基参与许多生物过程，如 呼吸、免疫应答和细胞信号传 导。
自由基生物学
引言概述：自由基生物学是一门研究自由基在生物体内作用和反应机制的学科。
自由基是指电子不成对的原子或分子，具有不稳定性和高度活性。
在生物体内，自由基的和清除维持了生物体的正常代谢，在一定程度上也与多种疾病的发生和发展密切相关。
本文将通过对自由基生物学的探讨，详细阐述自由基的机制、生物体对抗自由基的防御机制、自由基与疾病的关系等内容。
正文内容：1.自由基的机制1.1氧化还原反应1.1.1自由基链反应1.1.2金属离子催化反应1.1.3光化学反应1.2其他途径1.2.1游离基离子化1.2.2鸟嘌呤氧化反应1.2.3脱质子化反应2.生物体对抗自由基的防御机制2.1抗氧化酶系统2.1.1超氧化物歧化酶(SOD)2.1.2过氧化氢酶(CAT)2.1.3谷胱甘肽过氧化物酶(GPx) 2.2非酶抗氧化剂2.2.1维生素C2.2.2维生素E2.2.3谷胱甘肽2.3氧化型还原对2.3.1NADH/NADPH2.3.2GSH/GSSG3.自由基与疾病的关系3.1心脑血管疾病3.1.1动脉硬化3.1.2心肌梗死3.1.3脑卒中3.2肿瘤3.2.1氧化蛋白酶与肿瘤转移3.2.2抗氧化剂与肿瘤发生3.3炎症性疾病3.3.1氧化应激与炎症反应3.3.2自由基对炎症细胞的影响3.4神经退行性疾病3.4.1阿尔茨海默病3.4.2帕金森病3.4.3老年性视网膜退化4.自由基与抗衰老4.1氧化应激与细胞老化4.2抗衰老相关基因与自由基4.3谷胱甘肽与抗衰老5.自由基与环境污染物的关系5.1大气污染物5.1.1空气中的颗粒物5.1.2汽车尾气5.2水污染物5.2.1重金属污染5.2.2农药残留总结：自由基生物学的研究内容涉及自由基的机制、生物体对抗自由基的防御机制、自由基与疾病的关系、自由基与抗衰老以及自由基与环境污染物的关系等。
了解自由基的生物学作用及相关机制对预防和治疗疾病、保护环境以及延缓衰老过程具有重要意义。
未来的研究中，应继续深入探索自由基的和清除机制，寻找更有效的抗氧化策略，提高自由基研究的应用价值。
自由基名词解释细胞生物学
自由基名词解释细胞生物学自由基，也被称为“游离基”，是具有一个或多个不成对电子的原子或基团。
这个不成对的电子使得自由基具有高度的反应活性，可以在与其他原子或分子结合时，形成新的化学键。
在书写时，一般在原子符号或者原子团符号旁边加上一个“·”表示存在未成对的电子。
如氢自由基（H·，即氢原子）、氯自由基（Cl·，即氯原子）、甲基自由基（CH3·）。
在细胞生物学中，自由基主要参与以下方面：1.细胞的结构与功能：自由基参与细胞骨架的构建和维护，影响膜结构和通透性，并对细胞器的功能发挥重要影响。
2.细胞代谢与能量转换：自由基在细胞的能量转换过程中发挥关键作用。
例如，在线粒体中的氧化磷酸化过程中，会产生一些自由基，如氢氧根离子和一氧化氮。
这些自由基对维持线粒体功能和能量代谢具有重要意义。
3.细胞信号转导：自由基在细胞信号转导中起到重要的调节作用。
例如，一氧化氮可以作为信号分子，影响细胞的代谢过程。
4.细胞周期与增殖：自由基可以影响细胞周期的进程，从而影响细胞的增殖。
例如，某些自由基可以激活DNA修复酶，促进DNA修复，从而影响细胞的分裂和增殖。
5.细胞分化与发育：自由基在细胞分化过程中发挥重要作用。
例如，在神经细胞的发育过程中，一氧化氮作为信号分子，可以影响神经元的生长和突起的形成。
6.细胞衰老与凋亡：自由基的产生随着年龄的增长而增加，对细胞造成氧化应激压力，从而促进细胞衰老。
同时，自由基也可以触发细胞的凋亡过程，导致细胞死亡。
7.细胞免疫与疾病：自由基在免疫反应中起到重要作用，可以杀死外来病原体。
然而，自由基也可能对自身细胞造成损伤，导致各种疾病的发生。
例如，过量的自由基可以导致炎症、心血管疾病、癌症和神经系统疾病等。
总的来说，自由基在细胞生物学中发挥着重要的作用。
然而，过量的自由基也会对细胞造成损伤，因此细胞需要有效的抗氧化系统来清除多余的自由基，维持正常的生理功能。
高中生物自由基学说内容
高中生物自由基学说内容
自由基学说是生物学中的一门分支学科，主要研究自由基的产生、结构、性质、活性、代谢及其对生命活动的影响等方面的问题。
在高中生物中，自由基学说主要包括以下内容：
1.自由基的产生和种类：自由基是一种极不稳定的化学物质，具有高度的活性和反应性。
它们可以通过各种途径产生，如氧化反应、辐射、光照、热等。
2.自由基的结构和性质：自由基是一种带有未成对电子的分子或原子，其活性和反应性主要取决于未成对电子的数量和位置。
自由基的结构和性质的研究对于深入理解其活性和反应机制具有重要意义。
3.自由基的代谢和作用：自由基可以参与细胞代谢过程中的氧化还原反应，如细胞呼吸和氧化脂肪酸等。
同时，它们还可以引起细胞的氧化损伤，如脂质过氧化、DNA氧化等，从而导致细胞和组织的损伤和衰老。
4.自由基与健康的关系：自由基与健康密切相关，一方面它们参与了正常细胞代谢过程中的氧化还原反应，从而维持了正常的生理功能；另一方面，当自由基产生过多或清除不及时时，就会引起氧化应激，导致机体的炎症、衰老和各种疾病的发生。
总的来说，自由基学说的研究对于深入理解生命活动的机制和维护健康具有重要意义，对高中生物的学习也有一定的参考价值。
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自由基连锁反应
自由基连锁反应
自由基连锁反应是一种重要的化学反应，它在生物学、化学工业和环境科学等领域都有着广泛的应用。
本文将从自由基的概念、自由基反应的特点、自由基反应的应用等方面进行阐述。
自由基是一种具有不成对电子的分子或原子，它们具有极强的化学活性，能够与其他分子或原子发生反应。
自由基的产生方式有很多种，例如光照、热能、电离辐射等。
在自由基反应中，自由基会与其他分子或原子发生反应，从而形成新的自由基，这些自由基又会与其他分子或原子发生反应，形成更多的自由基，这样就形成了自由基连锁反应。
自由基反应具有以下特点：首先，自由基反应是一个自我加速的过程，因为每个自由基都能够产生新的自由基，从而加速反应的进行。
其次，自由基反应是一个高度选择性的过程，因为自由基只能与具有特定结构的分子或原子发生反应。
最后，自由基反应是一个高度灵敏的过程，因为它受到环境因素的影响，例如温度、光照、氧气浓度等。
自由基反应在生物学、化学工业和环境科学等领域都有着广泛的应用。
在生物学中，自由基反应是一种重要的细胞信号传递机制，它能够调节细胞的生长、分化和凋亡等过程。
在化学工业中，自由基反应是一种重要的合成方法，它能够合成各种有机化合物和高分子材料。
在环境科学中，自由基反应是一种重要的污染物降解方法，
它能够降解各种有机污染物，从而净化环境。
自由基连锁反应是一种重要的化学反应，它具有自我加速、高度选择性和高度灵敏的特点，广泛应用于生物学、化学工业和环境科学等领域。
我们应该加强对自由基反应的研究，探索其更广泛的应用价值。
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成的食物残渣被机体回收利用等。
三、自由基的化学反应 （1）湮灭反应
两 个 自 由 基 可 发 生 自 我 湮 灭 反 应 （ selfannihilation）（又称复合反应或复合作用）： R· + R· R-R
但在正离子基和负离子基之间未见到这种反应，因
为电荷相同时，二者由于静电相斥而发生排斥作用。
（2）夺氢反应
这是非常普遍的自由基反应，也是自由基致衰老 的主要原因。 R·+ A-H R-H + A·
夺氢反应在自由基清除剂的反应中也很重要，如
硫醇类有机物（大蒜、姜、葱等具有辛辣味的蔬菜中
富有）含有 -SH 基团 ，在溶液中可与自由基发生包括
夺氢反应在内的一系列反应：
血红蛋白（Fe3+） + O2·
当它作为电子受体起作用时，可以成为弱氧化剂，
能氧化抗坏血酸：
维生素C + O2·
H+
H2O2 + 维生素C· （剧毒）
也能使与 NADH 结合的酶（如乳酸脱氢酶）形成 NAD自由基：
酶-NADH + O2·
H+
H2O2 + 酶-NAD·
由此可见，因光化学和酶反应所产生的
子发生均裂而形成自由基的机制有：热解、光解和氧化
还原反应。
(1)热解
很多化合物，特别是含有弱键的有机化合物可
以发生热均裂反应，生成活泼的自由基。典型的例
子是热锅炒菜时，脂肪、蛋白质和糖类等有机营养
物发生的热均裂反应；抽烟时，烟草的不完全燃烧 也产生大量的自由基。
(2)光解
电磁辐射（可见光、紫外线、 X 射线）或粒子轰
二、活性氧及其在生物体内的产生
1．活性氧的定义
氧的毒性不是由于氧分子本身的反应能力，它 的反应能力相对来说是微不足道。氧的毒性是由于 氧分子还原成水时产生的许多中间产物，其中的绝 大部分都是自由基，因此，把这些中间产物统称为 活性氧（ active oxygen species），即氧分子被还原 成水时所产生的中间产物的统称。
如方程式（1）、（2）所示，当A与B两个分子或原子间形 成共价键时，可以看作它们共享一对电子，这两个电子既可以 是一个分子所提供的，也可以是每个分子各贡献出一个电子，
前者称为配位作用，后者称为共价结合。
A:- + B+ A:B （配位作用） （1）
A.
+ B.
A:B （共价结合）
（2）
逆过程：
当一个共价键离解时，必须要供给能量（自由能）。反应式
A·+ C·
A-C
当然，如果反应体系中从一开始就有抗氧化剂
（自由基清除剂）存在，那么它很快就捕捉住由引发
产生的自由基，使反应不能扩展，从而很快终止了自
由基的链式反应。
抗氧化剂在生产上很重要，主要有 硫、磷、酚类、 维生素E、维生素C、胡萝卜素等。
（7）脂类过氧化作用
自由基链锁反应的最好例子是脂类过氧化作用。 生物膜中含有多种不饱和脂肪酸。如细胞膜、线 粒体膜、溶酶体膜和内质网膜等，它们均含有种类繁 多的不饱和脂肪酸，其特点是：当有自由基和氧存在
（ 1 ）的逆过程称为 异裂 ，反应式（2 ）的逆过程称为 均裂 。在 均裂时所产生的分子或原子含有一个不配对电子，这种分子常 具有高度化学活性 ——氧化活性。正因为如此，它们的寿命也 极短暂。这些可以 单独存在的具有一个或几个不配对电子的分 子或原子就称为自由基（free radical），用R· 表示，即在分子式 的右上角加一个黑点作为自由基的特征标记，以表示存在着不
氧分子还原成水的全过程如下：
O2
O2·
+ +
eee2H+
O2·
H2O2 OH· + H2O
H2O2 +
H+
OH· +
e-
H+
H2O
2．活性氧的产生
细胞在正常代谢过程中，或者受到高能辐射 时，以及由于高压氧，药物（抗癌药、抗生素、
杀虫剂、麻醉剂等）代谢、吸烟和受到光化学空
气污染物等作用都能产生活性氧。有氧代谢条件 下都能产生活性氧。
时，就发生氧化变质，经常伴有一股难闻的酸败气味，
并且使得食物不可口。这是食品过期变质的原理。
脂类过氧化作用对于理解自由基对细胞的损伤也是 重要的。 即R· 可从不饱和脂肪酸分子上夺走氢，使其变成自 由基，……不饱和脂肪酸自由基再吸收氧而形成败酸。 败酸再和组织蛋白质结合形成脂褐质，俗称老年斑， 即动物和人的神经细胞、心脏、肝及皮肤在老年时出 现的点状或弥散状色素沉着。其反应通式如图1-1：
- （superoxide 活性氧主要包括超氧阴离子O2·
anion）、羟自由基OH· （hydroxyl radical）、过 氧化氢分子H2O2 （hydrogen peroxide）、烷氧
基RO· 、烷过氧基ROO· 、氢过氧化物ROOH和氧
分子O2本身等等。其中ROO· 和ROOH又称为脂 类过氧化物。
-不能。在细胞 H2O2能迅速穿过细胞膜，而O2·
内的H2O2能与Fe2+或Cu+等过度性金属离子生成毒 性更大的OH· ，这是H2O2具有毒性的真正原因：
Cu+ + H2O2
Cu 2+ + OH· + OH-
Fe2+ + H2O2
Fe3+
+ OH． + OH-
当 H2O2 与紫外线结合使用时，对细菌和病毒的 杀伤能力比单独使用时强。这是由于紫外线可使 H2O2发生均裂而生成OH· 的原因： H2O2
配对电子。根据这个定义，我们可知道氯原子（Cl· ）、氧原子
（O:）和OH．等都是自由基。
有些自由基即使在室温的溶液中也是稳定的， 如氧原子（一个稳定的双基）。有些自由基带有负 电荷或正电荷，所以叫做离子自由基或离子基。这 种自由基往往又是氧化还原反应的中间产物。在氧 化还原反应过程中，中性分子接受一个电子而变成 负离子基，或失去一个电子而成为正离子基。
三、活性氧的毒性
1．羟自由基的毒性
OH· 非常活泼，几乎能与活细胞中任何分子发生反 应，且反应速率极快。能反应的物质遍及糖、氨基 酸、磷脂、核酸和有机酸等。 OH· 是最活泼的自由基之一，在活性氧中也是最活
泼的。它的反应可分为三大类： 夺氢、加成和电子
转移。其中夺氢和加成反应是OH· 导致生物机体细胞
性氧自由基，其化学反应性质较OH· 弱，具有双 重性质，既可作为电子供体（还原剂），又可 作为电子受体（氧化剂）。
当其作为弱碱起作用时，可以成为电子供体，即
还原剂，例如它能还原细胞色素（一种含血红素的
蛋白质）和血红蛋白，使血红素中心的 Fe3+ 还原成
Fe2+：
细胞色素C（Fe3+）+ O2·
O2 + 细胞色素C（Fe2+） O2 + 血红蛋白（Fe2+）
大约2× 10 9 年以前，地球上开始出现氧气，随着
臭氧（ O3）在高空的出现，以及臭氧和氧把有害的
太阳紫外线吸收掉后，才使较复杂的陆生生物的进
化成为可能。
氧气是地球上一切需氧生物赖以生存的必备条件 ，但恰好又是最终导致其衰老或死亡的罪魁祸首。 原因是氧具有毒性！
正常人静脉血中氧的含量为40mmHg，当氧的浓度增
击（如高能电子）都可提供使共价键裂解的能量而
形成自由基。如紫外线照射可使水发生均裂而生成 羟自由基（OH．）: H2O
紫外线
H· + OH·
羟自由基可与机体内的有机物发生一系列的氧化
还原反应，导致机体损伤，突变，甚至死亡。这就
是紫外线杀菌的原理。
（3）氧化还原反应
氧化还原反应过程中产生的电子转移也可形成自由
- 能使酶失活、使红细胞溶血、杀菌、使 O2· -还 DNA降解和破坏动物细胞等。此外， O2·
可与细胞内的过度性金属离子发生反应，生
成更活泼的OH· 。
3．过氧化氢分子的毒性
H2O2 本身的毒性很低，常温下可自发生成水
和氧气。它是一个弱氧化剂，常被用作消毒剂，
细菌对它十分敏感，它能使动物细胞损伤。
R·+ X-SH
2X-S·
R-H + X-S·
X-S-S-X
由此可见，硫醇类有机物在生物系统中是一种有 效的自由基清除剂（详见第三章）。
（3）耗氧反应
R· + O2 A-H RO2· R-OOH + A·
RO2· +
这个反应是自由基使机体产生老年斑的主要原 因。碘、硫和醌类可代替氧发生这个反应。
（4）歧化反应
二、自由基的产生
一般而言，自由基是通过共价键的均裂而产生的， 但也可通过电子俘获而产生。 R + eR·
天然存在的自由基一般都是有用的自由基（如氧原子）， 或者是半衰期比较短的自由基（如氯原子）。但是，由 于某些分子，尤其是共价结合的有机分子吸收外部能量
而产生均裂时，所形成的自由基是非常有害的。共价分
反应体系中的新生自由基形成许多链的开端，反应底
物的浓度也很高。这时，反应体系中以扩展阶段为主
体，如果起始时有 n 个引发自由基，那么在扩展阶段
中就有 n 条反应链。当反应到一定阶段后，体系中的 非自由基底物越来越少，自由基本身相互碰撞的机会 也越来越多，于是终止阶段也就到来：
2A·
2C·
A-A
C-C （终止）
（-CH=CH-CH2-）+ R·
-） RH +（-CH=CH-HC·
O2
-） （-CH=CH-CH2-） + （-CH=CH-HCO2·