体内活性氧的生成和抗氧化

植物线粒体中活性氧的产生与抗氧化系统摘要活细胞中活性氧不仅在信号转导方面起着关键作用,而且还可以对生物大分子起到伤害作用,所以线粒体中的活性氧必须控制在一定的浓度。

植物线粒体中存在几种抗氧化系统,它们可以控制活性氧的产生,修补活性氧对大分子造成的损伤。

其中抗氧化系统包括依赖于抗坏血酸分子和谷胱甘肽分子途径的,依赖硫氧还蛋白(thioredoxin,TRX)分子和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxudase,GPX)途径的。

综述了线粒体中控制活性氧的各种氧化还原反应途径,并特别强调指出,TRX 和GPX系统,以期能给该方面的研究提供帮助。

关键字线粒体;活性氧;抗氧化系统需氧进行光合作用的生物是在大气中氧存在的情况下出现和进化的,陆生植物也是在大气中氧存在的情况下出现和进化的,结果陆生植物形成了不仅可以极大运用氧气的能力,而且也形成了能限制活性氧不良作用的新陈代谢方式。

单线态氧(1O2)、超氧负离子(O2-)、过氧化物和过氧化氢的氧代谢均可以产生活性氧。

一方面,由于这些氧化物的有害性,植物需要控制它们在细胞中的含量;另一方面,当植物体遭遇病原体入侵时,活性氧可以作为信号分子起作用。

同时,这些分子能使蛋白质发生变化,诱导基因转录。

这种信号系统是细胞与外环境通信的重要组成部分。

在植物细胞中,叶绿体、线粒体和过氧化物体是产生活性氧的部位,由于活性氧可以通过细胞空隙自由扩散进入线粒体,所以线粒体成为活性氧伤害的主要细胞器[1-6]。

最近研究表明,线粒体在信号转导中处于十分重要的地位。

1植物线粒体中活性氧的产生和性质在线粒体的电子传递过程中,电子沿着一系列的电子传递体传递到末端氧化酶,然后再传递给氧,最后质子与离子型氧结合生成水。

但是,位于呼吸链底物端的一些物质,如黄素蛋白、非血红素铁蛋白(non-heme iron proteins)、醌(qu-inols),尤其是半醌(semiquinols)等发生氧化还原的能障(en-ergy barier)是很低的,常常直接启动O2的单电子还原(one-electron reduction),产生O2-。

炎症性肠病中活性氧及抗氧化的研究进展炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease, IBD）是一组以慢性炎症为特征的消化系统疾病，包括溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC）和克罗恩病（Crohn's disease, CD）。

在炎症性肠病患者中，活性氧（reactive oxygen species, ROS）的产生增加，而抗氧化能力降低，导致炎症的持续发展和肠道组织的损伤。

炎症性肠病中活性氧及抗氧化的研究成为当前医学领域的热点之一。

一、炎症性肠病中的活性氧活性氧是一类包括氧自由基和非自由基的氧化分子，包括超氧阴离子（O2·−）、过氧化氢（H2O2）、羟基自由基（·OH）等。

在正常情况下，细胞内会产生少量的活性氧，参与细胞信号转导、抗菌、细胞凋亡等生理过程。

在炎症性肠病患者中，由于炎症反应的激活和细胞凋亡的增加，活性氧的产生明显增加。

活性氧的过量产生对肠道黏膜屏障和肠上皮细胞造成损伤，从而加剧炎症的发展。

研究表明，活性氧在炎症性肠病的发病机制中发挥着重要作用。

活性氧能够诱导炎症因子的产生，如肿瘤坏死因子-α（Tumor Necrosis Factor-α, TNF-α）、白细胞介素-1β（Interleukin-1β, IL-1β）等，进而引发炎症反应。

活性氧还可以直接损伤肠上皮细胞，破坏肠道屏障功能，导致肠道细菌和毒素的易于穿透，加剧炎症的程度。

控制活性氧的产生，减轻其对肠道组织的损伤，成为炎症性肠病治疗的重要目标之一。

抗氧化是指一类化合物或酶系统能够稳定或清除活性氧，阻断氧化反应的过程。

在正常情况下，细胞内具有一套完善的抗氧化系统，包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase, GPx）和过氧化氢酶（catalase, CAT）等。

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。

细胞氧化途径和抗氧化机制研究细胞是体内最基本的单位，是人体所有生命活动的基础。

然而，随着身体的老化以及环境污染、化学物质的侵害等多种因素的影响，细胞会受到氧化应激的攻击，导致其功能受到严重损害，进而引发多种疾病。

因此，研究细胞氧化途径和抗氧化机制对于维护身体健康具有重要的意义。

细胞氧化途径是指在细胞内，分子氧作为电子受体与电子供体发生氧化还原反应而引起的一系列生化过程。

在这个过程中，氧自由基或活性氧等生成物的产生，常常导致生物分子损伤，从而对生理功能产生不良影响。

氧自由基或活性氧生成的主要途径包括线粒体呼吸过程、光合作用、氧化还原酶系统等。

其中，线粒体呼吸过程是氧化途径的主要来源，也是氧化应激反应的最主要的发生场所。

与此同时，细胞内也存在着多种抗氧化机制，以防止氧化应激对细胞的损伤。

这些抗氧化机制包括细胞内酶抗氧化系统、非酶抗氧化系统等。

细胞内酶抗氧化系统主要包括超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、半胱氨酸变性酶、过氧化氢酶等。

这些酶的作用可以将活性氧在细胞内转化为无毒代谢产物，防止进一步的氧化反应发生。

非酶抗氧化系统包括维生素C、维生素E、β-胡萝卜素、类黄酮、硫氨酸等天然的抗氧化剂，它们通过给予电子捕获形成搭桥，抑制氧自由基的进一步反应。

研究表明，细胞氧化途径紊乱与多种疾病的发生、发展密切相关。

例如，糖尿病、癌症、阿尔茨海默氏症等都与氧化应激反应有关。

糖尿病患者的血液中，氧自由基水平普遍升高，导致细胞膜、DNA、酶等生物分子受到严重损害。

而癌症患者则表现出代谢紊乱、细胞增殖、细胞凋亡抑制等特征，其中一些因素与氧自由基生成过多、抗氧化能力不足有关。

阿尔茨海默氏症患者的脑组织中也存在大量的氧自由基，导致神经元发生氧化应激反应及炎症反应，最终导致神经元死亡。

为了抑制细胞氧化途径，提高抗氧化能力，人们研究发现，生活中可以通过一些绿色食品来达到预防这些疾病的功效。

例如，绿茶中的茶多酚具有显著的抗氧化能力，可以抵抗氧自由基的侵害；果蔬中的黄酮类化合物、花青素等也可以在细胞内发挥抗氧化作用。

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。

细胞活性氧的产生和调控机制研究细胞活性氧是由细胞内氧气发生还原反应而产生的一系列化学物质，包括超氧阴离子、过氧化氢、羟基自由基等。

在细胞代谢和信号转导中，活性氧扮演了重要的角色。

然而，过度积累的活性氧可能会引起细胞损伤和病理过程。

因此，细胞活性氧的产生和调控机制一直是生命科学研究的重要领域。

细胞活性氧的产生细胞内氧气主要通过线粒体和NADPH氧化酶等酶系统产生活性氧。

线粒体是细胞内重要的氧化还原反应场所，其中的复合物I、复合物II和复合物III都是产生超氧阴离子的位点。

NADPH氧化酶是另一个与活性氧产生密切相关的酶系统，它在细胞内负责将氧气还原成超氧阴离子、过氧化氢和次氯酸根离子等氧物种。

除此之外，细胞内的一些代谢途径和应激条件也可以促进活性氧的产生，如葡萄糖酸尿症、肝病、烟草使用等都可以增加体内氧自由基的产生。

细胞活性氧的调控机制细胞为了维持氧平衡，需要采用多种机制来调控活性氧的产生以及清除。

其中，一些重要的信号途径可以影响细胞活性氧的生成和细胞对氧化损伤的应答。

例如：1. 抗氧化剂抗氧化剂是一些能够清除自由基的分子，包括维生素C、维生素E、类黄酮、茶多酚等。

这些分子可以构成细胞内抗氧化体系，抑制自由基的生成和维持氧平衡。

2. 转录因子转录因子是一些在基因调控方面有特定功能的蛋白质，可以通过调节基因的转录而影响细胞的生理过程和适应能力。

生物体内存在多种转录因子，如核因子Kappa B、NF-E2相关因子2(Nrf2)等，它们可以调节细胞内活性氧的代谢过程和抗氧化体系的形成。

3. 热激蛋白热激蛋白是一些负责维持细胞内蛋白质稳态和应对环境应激的重要蛋白。

一些研究表明热激蛋白可以通过抑制细胞线粒体膜电位上升而减少活性氧的生成。

4. 线粒体代谢线粒体是细胞内活性氧的主要生成位点，因此线粒体代谢状态可以影响细胞内活性氧的产生。

正常的线粒体代谢可以减少超氧阴离子的释放，因此对细胞本身的氧化损伤有着重要的保护作用。

活性氧代谢及抗氧化机制研究随着现代生活节奏的加快和环境污染的加剧，人们的健康面临着严峻的挑战。

活性氧在这些问题中起着至关重要的作用。

活性氧是指含有未成对电子的分子，在生物体内和外界环境中广泛存在。

近年来，活性氧及其代谢和抗氧化机制的研究逐渐成为生命科学与健康产业发展的热门领域。

一、活性氧的代谢与作用活性氧是人体正常代谢和环境应激时不可避免的产物。

它们包括单质氧和氢氧自由基等，能够与有机分子和细胞内的生物大分子（如蛋白质、核酸和膜脂等）发生反应，从而导致细胞损伤和死亡，甚至引起疾病的发生。

活性氧通过促进DNA的氧化、修饰细胞质基质和影响细胞内的信号传导等多种方式影响细胞和生理功能。

二、人体的抗氧化机制活性氧对生命体的损害在许多方面得到及时的防御，免疫系统是最显著的抗氧化机制。

免疫系统可以通过产生抗氧化剂、清除自由基、调节细胞信号传导和增强DNA修复等多种途径来保护生物体免受自由基的损害。

此外，特定的抗氧化酶和分子也是维持细胞内巨量活性氧水平的核心。

三、抗氧化剂的作用与应用抗氧化剂是目前研究的热点之一，也是人们日常饮食中食品添加剂的主要成分之一。

抗氧化剂是一类能够在体内或体外捕获自由基的化合物，可中和活性氧并阻止其进一步反应。

常见的抗氧化剂包括类黄酮、维生素C、维生素E和β-胡萝卜素等。

近年来随着防治疾病的重视，人们在日常生活中也越来越注重饮食营养的健康，抗氧化剂更加成为了关注的焦点之一。

四、未来的研究方向研究活性氧代谢及抗氧化机制是一项复杂的工作，需要将生物学、化学、物理学和营养学等多个学科的知识融合起来。

未来的研究方向将会更加侧重于深入了解活性氧在人体中的作用，探索活性氧水平与疾病关系，以及研究更自然、可持续的抗氧化剂的发现和应用。

总结活性氧代谢和抗氧化机制是人体健康的关键因素，随着现代化生活方式的普及和环境污染程度的加剧，研究其对个体和人群健康的影响非常必要。

未来的研究方向将会更加重视活性氧作用和抗氧化机制的深入了解，寻求更加自然、有效的预防和治疗方案，这将不仅对个体健康，也有利于社会和经济的发展。

Science &Technology Vision科技视界0引言、、、(Reactive oxygen species,ROS)。

ROS ,,,ROS 。

,。

ROS 、ROS 。

1植物体内活性氧的产生及毒害,。

,、、、、(UV),,,(O 2-)、(OH -)、(1O 2)(H 2O 2),。

1.1活性氧的产生,、、、、ROS,、、ROS 。

:ROS ,(Peroxidases,POXs),POXs ROS。

ROS [1]。

,ROS。

:II (NADPH)H 2O 2。

NADPH O 2O 2-。

NADPH 。

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ROS 。

I(PS I),、,,O 21O 2。

II(PS II)O 21O 2[2]。

UV 1O 2O 2-。

:ROS 。

H 2O 2。

,1-5%ROS 。

,(Alternative oxidase,AOX),ROS 。

,ROS ,植物体内活性氧的产生及清除机制研究进展郭明欣刘佳佳侯琳琳张笑天刘含笑(洛阳师范学院<生命科学学院>,河南洛阳471934)【摘要】很多非生物胁迫诱导植物体内活性氧的产生,活性氧的过量积累会产生氧化胁迫,导致细胞死亡,甚至植株死亡。

植物细胞内的线粒体、叶绿体、过氧化物酶体等是细胞内活性氧的主要产生部位。

在面对非生物胁迫的时候,植物体内有一个复制的机制调控活性氧的平衡,主要包括酶促清除机制和非酶促清除机制。

【关键词】活性氧;氧化胁迫;活性氧清除中图分类号:TS255.1文献标识码:ADOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2021.08.41【Abstract 】Many abiotic stresses induce the production of reactive oxygen species in plants.Overproduction of reactive oxygenspecies result in oxidative stress,cell death and even plant death.Mitochondria,chloroplasts and peroxisomes are the main production sites of reactive oxygen species in plant cells.Under abiotic stress,there is a complex mechanism that regulates the balance of reactive oxygen species in plants,which mainly includes enzymatic scavenging mechanisms and non-enzymatic scavenging mechanisms.【Key words 】Reactive oxygen species;Oxidative stress;Reactive oxygen species scavenging作者简介:郭明欣（1983—），男，汉族，河南鲁山县人，博士，讲师，主要从事植物分子生物学教学与科研工作。

活性氧自由基与人类疾病(2009-11-30 19:47:22)转载▼标签：健康活性氧、自由基被称“万病之源”，已发现人类90%以上的疾病（200多种疾病）都与活性氧、自由基有关。

而纳豆在日本被称为“活性氧消除剂”，可以消除人体中90%的活性氧；对人体的健康具有极其重要意义。

本节就活性氧的发生发展与人类的主要疾病进行分析。

一、氧气、活性氧与人体的抗氧化机制（1）活性氧、自由基的产生氧气是人类生命中不可却少的，生命的过程需要氧气，但氧气和体内某些物质化学反应，生成过量的活性氧、自由基而得不到及时消除时，将产生毒性对细胞产生伤害，甚至危及生命，在许多疾病及衰老的发生中起着重要作用，引起人们的极大关注。

（2）人体的抗氧化机制人类在漫长的进化过程中，为了防御活性氧、自由基对细胞的损伤，发展了完善的抗氧化防御系统，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶都是人体中抗氧化的生理活性物质。

这些活性物质协同地防止活性氧、自由基对细胞的损伤，而且相互间还起着保护作用。

一旦这相互保护系统中某一成员的减弱或减少，整个抗氧化系统就可能全面崩溃，导致不可逆的细胞损伤，而产生多种疾病。

二、活性氧、自由基过量产生的因素（1）社会压力的增加（2）高营养的饮食（3）药物的滥用（4）环境污染（5）食品的污染（6）电离辐射污染三、活性氧、自由基是“万病之源”人类的200多种疾病都与活性氧、自由基因有关，下面将部分人类的疾病进行简单分析。

（一）活性氧、自由基与心脑血管疾病（1）导致细胞膜受损活性氧和自由基在攻击生物膜磷脂质的不饱和脂肪酸后，引发脂质过氧化连锁反应使生物膜的完整性、通透性改变，失去生物功能，如血红细胞膜易产生脂质过氧化作用，导致膜硬度增加，失去变形作用，受到微血管的积压，最终导致溶血，形成微小血栓。

（2）引起动脉粥样硬化活性氧、自由基导致脂质过氧化，脂质过氧化物沉积在动脉血管壁上，形成动脉粥样硬化斑块。