自由基成因

一、人体内自由基的来源有外源性和内源性两种:

 (一)外源性自由基
1.电离辐射及大气污染 如γ和X射线、紫外照射可使人体内产生·OH;汽车排出的碳化氢,空气烟雾中的氟利昂等经太阳紫外线照射及光分解产生多种碳的自由基及卤原子;大气中的臭氧也可能转变成过氧化物自由基。香烟燃烧的烟气可产生大量的自由基。
2.药物 解热镇痛药、抗结核药、硝基化合物药物、含醌式结构的抗癌药(如博莱霉素)、类固醇激素等进入体内可产生O2 、·OH及H2O2等。
3.其他 如环境污染的镉、水银、铅等重金属离子及杀虫剂的毒性与自由基相关;茶叶和植物油在空气中放置过久,自由基含量增加。

(二)内源性自由基
细胞内线粒体、内质网、细胞核、过氧化物酶体、质膜及胞液等都可产生自由基。其中有些是酶促反应,有些是非酶促反应。
1.O2 的产生 通过线粒体中的辅酶Q·半醌、内质网膜上细胞色素P450和血红蛋白、肌红蛋白、肾上腺素等自氧化作用均可产生O2 。
SQ·+O2 ────→ Q + O2
胞液中的黄嘌呤氧化酶与醛氧化酶、线粒体中的黄素蛋白酶、内质网中的NADPH-细胞色素P450还原酶和质膜上的NADPH氧化酶等酶促氧化过程中均可产生O2 。
黄嘌呤氧化酶
黄嘌呤+2O2+H2O ───────→尿酸+2O2 +2H+
2.·OH的产生 机体内中的·OH的生成主要是通过Fenton反应由O2直接衍生形成,该反应是先由歧化反应(既可自发歧化,也可酶促歧化)催化O2生成H2O2,后者再与O2在过渡金属离子存在下转变为毒性更强的·OH,这是体内·OH的主要来源。
O2 + O2 + 2H+ ────────→H2O2+O2 (歧化反应)
过渡金属离子
O2 +H2O2 ────────→O2+·OH+OH-(Fenton反应)
歧化反应是指反应中的某种底物既能作为还原剂供应电子,又可作为氧化剂接受电子。上述反应中的O2 就承担这种角色,故属于歧化反应。
过氧化物酶体中多种需氧脱氢酶催化生成的H2O2,如不迅速被分解,在Fe2+的催化下也可生成·OH。
H2O2+Fe2++H+ ──→·OH+H2O+Fe3+
3.吞噬细胞中活性氧的产生 粒细胞、单核细胞、巨噬细胞在吞噬细菌或炎症刺激物的刺激时,由NADPH氧化酶介导生成的O2 ,经歧化反应生成H2O2。后者除可生成·OH外,在Cl-存在时,经髓过氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)的作用,生成活性很强的次氯酸(HOCl)和1O2,1O2是一个强的亲电子性的氧化剂。
MPO
H2O2+Cl- ───────→ H2O+OCl-
MPO
OCl-+H2O2 ──────→ H2O+1O2+Cl-
4.脂质过氧化作用 机体通过酶促反应和非酶促反应产生的活性氧,能攻击生物膜磷脂中的多聚不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)引发一种自由基链式反应,链式地产生脂质过氧化物(又称脂氢过氧化物),这种作用就称为脂质过氧化作用(lipid peroxidation)。即在光或某种射线或自由基的作用下,可使PUFA脂质分子(用LH表示)脱去1个氢原子形成脂质自由基(L·),此脂质自由基与氧反应形成脂质过氧自由基(LOO·),后者再进攻其他脂质分子,夺取其氢原子,再生成新的自由基和LOOH,此反应可反复进行,从而导致PUFA分子的不断消耗和LOOH的大量产生。在过氧化条件下,它们是不稳定的,能分解成一系列复杂产物,包括小分子的醛、酮、醇、醚、羧酸、烷烃和烯烃产物以及氧自由

 

 二、自由基形成有生化的、化学的和物理的各种方式,其中最主要的是生化反应所形成的自由基。

细胞在正常代谢过程中,存在许多细胞内酶的各种催化活动,这类酶化反应是形成自由基的最重要途径。如细胞内存在的黄嘌呤氧化酶等重要的可溶性酶类,都会诱发大量的自由基:

               次嘌呤酸 + H2O +2O2     黄嘌呤 +  2O2- + 2H+

               黄嘌呤 + H2O +2O2 → 尿酸 + 2O2-  + 2H+

 也可是非酶催化的反应过程,如:

                血红蛋白Fe2+ + O2  血红蛋白Fe3+ +  O2-

 上式产生的O2- ﹒在一定条件下,能形成HO﹒。

 此外,也可由O2- ﹒与一氧化氮(NO)反应而产生HO

             O2-  + NO O2 NO HO+ NO2

 当细菌侵入身体后,为杀灭入侵的细菌,白细胞中的嗜中性白细胞因受激而使膜表面释放出自由基,即通过还原型辅酶(NADPH)氧化酶的激活,使细胞之中的还原型辅酶(NADPH)氧化成辅酶(NADP+),同时产生氧自由基 O2- ﹒:

              NADPH  +  2O2  NADP+  +  O2- +  H+

然后还会进一步生成HO﹒和H2O

这些氧自由基对侵入体内的细菌等外放,有很强的杀伤能力,也包括对炎症、化学物质等的消除能力。这是自由基在维持肌体正常代谢中的积极作用,是必不可少的有益贡献。此外,自由基还有促进前列腺素、凝血酶原、胶原蛋白的合成,参与肝脏戒毒、调节细胞分裂等作用。

在正常情况下,一般总有2%-5%的多余自由基,这些多余的自由基就成为有害的物质。

除正常情况外,一些化学物质(抗菌素、杀虫剂、农药等)、污染的空气、香烟的烟雾和焦油、光化学空气污染物,乃至运动、心理压力等也都会激发自由基的产生。而在人体内部,如当发生炎症、缺血、心肌梗死、脑血栓发作等时,以及体内部分组织一旦血液停止流动到再开始流动的这一瞬间,都会爆发性地产生大量自由基,这是由于体内的再生而导致急剧的活动,伴随着剧烈活动的同时所产生的自由基。

体内自由基的产生,基本上分为内因性和外因性两大类,内因性中又可分为在细胞内和向细胞外部释放两类。

自由基种类.jpg