【机体抗氧化专栏】自由基与氧化损伤
发布时间：2014-04-11 来源：普菲克
所谓自由基是指具有一个或多个不成对电子的原子、分子、离子或基团等独立存在的化学物质。这种物质是由正常的化合物在代谢过程中共价键平均断裂而产生。由于未成对电子有强的成对的趋向，故自由基很容易发生失去或得到电子的反应，表现出较活泼的化学性质，半衰期很短。
在动物细胞正常代谢过程中，引起体内自由基产生的原因很多，根据自由基产生来源不同可将自由基分为内源自由基和外源自由基。外源的很多原因如：NO2、O3 、电离辐射（ɑ2射线、紫外线等）、某些药物（抗生素、解热镇痛药等）、微量元素（铅、铝、锂、砷等）等，这些外来因素引起的共价键断裂而形成自由基称“外源自由基”。在机体新陈代谢过程中，由体内生化反应所产生的自由基则为“内源自由基”，如在机体内的心肌线粒体膜中产生的活性氧。
根据中心成分，自由基通常分为：（1）O中心自由基（“活性氧(ROS)自由基”）：如：超氧阴离子(O2-•)自由基、脂质过氧化物(ROO•)自由基、羟基(OH•)自由基、过氧化氢(H2O2)、烷氧化物(RO-)自由基等。“活性氧(ROS)自由基”在细胞中的主要产生部位是线粒体，大多数细胞中超过90% 的氧是在线粒体中通过氧化磷酸化消耗的，其中约有2%的氧与溢出线粒体电子呼吸链的高能电子反应，在线粒体内膜和基质中转变成“活性氧(ROS)自由基”；（2）N中心自由基：又称为“活性氮(RNS)自由基”；如：一氧化氮NO、苯基二肼自由基C6H5N=N•等；（3）S中心自由基：如：烷硫自由基R-S•等；（4）C中心自由基：如：三氯甲基自由基CCL3•等；（5）H中心自由基：如：H原子等；（6）过渡金属离子：如：Fe2+/ Fe3+等。
自由基在生物体内具有“双重”生物学作用，其作用主要取决于自由基浓度和多少。在正常生理状况下，机体自由基是处于不断产生与清除的动态平衡中，动物体内自由基如果被局限在一定程度或一定范围以内，是生理功能所必须。如：自由基参与机体内生理活性物质的合成、生物信号的传递；动物体内吞噬细胞受到刺激时，通过呼吸爆发机制，产生大量活性氧(ROS)，而ROS正是吞噬细胞发挥吞噬和杀伤作用的主要介质等。但如果自由基产生太多，或不能被及时消除，那么过量的自由基就会攻击其周围的正常生物大分子，此时才是有害的。
体内过量自由基，通过攻击生物大分子的氧化反应，造成动物机体的细胞、组织、器官等各层面的结构和功能的损伤，称为“氧化损伤(oxidative damage)”。
所以，氧化损伤的基础是自由基对生物大分子(包括：脂肪、蛋白质、遗传物质、糖类等)的攻击。
(1)攻击脂肪：引发脂质过氧化反应，产生脂肪的氧化破坏。
(2)攻击蛋白质：使蛋白质发生交联、肽连断裂、氨基酸残基转化及电荷变化，并引起蛋白质构象改变，从而导致酶和具有细胞信号转导作用的受体功能异常。
(3)攻击遗传物质：诱导RAN、DNA的交联和氧化，导致染色体畸变、碱基突变，RNA、DNA断裂等，从而改变细胞的生物学活性，甚至引起细胞坏死和凋亡。
(4)攻击多糖分子：促使多糖分子聚合和降解，影响体内生物信号传递。
而自由基攻击有机分子中比例最大的是“对脂肪的攻击”，所以，“脂质过氧化”是体内最主要的氧化损伤。[李静等(2006)指出，自由基对组织的损伤90%是由脂质过氧化作用引起的]。
由于细胞膜等生物膜中脂肪含量高，且细胞膜中的脂质成分又以最易发生氧化的多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids， PUFA)为主(多不饱和脂肪酸(PUFA)大致占正常生物膜总脂的60～65%)。所以，脂质过氧化的作用位点主要在生物膜，或者说脂质过氧化最主要是导致生物膜的损伤。当体细胞膜结构受损，膜的功能随之减弱或改变，导致膜的流动性下降、刚性状态增加；维生素、氨基酸和无机盐等营养物吸收效率降低；免疫反应能力等的降低；ATP合成出现障碍；甚至细胞自溶等。最终导致细胞新陈代谢水平的下降。放大到动物体则表现为：动物健康水平、生产性能、畜产品品质的下降。
如果精、卵细胞膜受损，引起精、卵的分化、发育和受精过程的障碍，结果是动物繁殖力下降。如果是体内重要器官、腺体的氧化损伤，则表现为疾病的发生、发展，或内分泌的失调。