自由基清除剂及其加工技术.doc

自由基清除剂及其加工技术 [教学目标] 了解自由基的概念和对人体的危害；掌握几种常见自由基清除剂的结构和生理功能；了解国内外自由基清除剂的种类及作用机理；掌握几种常见自由基清除剂制备的方法和要点。 第一节 自由基清除剂种类和作用机理 一、自由基的概念及其对人体的影响 自由基通常是指任何包含一个或多个未成对电子并能独立存在的原子或基团。人体内的自由基以氧自由基为主，常见的自由基有：氢自由基，超氧阴离子，羟自由基，烷过氧基，烷氧基，氢过氧基，单线态氧等。过氧化氢是活性氧，虽不是自由基，但有高反应性，可促进自由基生成，可称为自由基关联物质。 生物体生存在有氧环境中，经过进化已建立了抗氧化防御体系以抵抗21%的氧，所有的需氧生物如果暴露在氧浓度高于21%的环境中，都会出现明显的损伤。氧的损伤作用是因为氧分子轨道上有两个未成对电子，很容易转变为自由基或活性氧。活性氧自由基有许多生理功能，是一种气体信息分子，但含量过多，可能产生毒性。 生物体内的氧化与抗氧化处于动态平衡，当这种平衡出现失衡时，会发生氧化应激。氧化应激产生的原因有两种：①营养不良造成膳食抗氧化剂耗竭。②活性氧自由基产生过多。细胞能通过自身的调节耐受轻度的氧化应激。但是严重的氧化应激能使细胞代谢严重失调，包括DNA等生物大分子氧化损伤，脂质过氧化造成膜流动性变化，最终导致细胞死亡。 自由基有益于健康，还是有害于健康，这是一个十分复杂的问题。自由基是人体正常的代谢产物，正常情况下人体内自由基是处于不断产生与清除的动态平衡中，一方面体内物质和能量的转化都必须有自由基的参与，例如氨基酸的氧化，前列腺素的合成，线粒体内营养成分的氧化磷酸化以及吞噬细胞依靠所释放的自由基的活性杀灭细菌等等，因此可以说没有自由基就没有生命。但另一方面，自由基需要维持在一个适当的水平，如果偏离生理平衡，自由基就有可能破坏细胞结构，引发脂质过氧化，干扰人体正常的代谢活动，引发疾病，加速人体衰老过程。 自由基进攻的靶分子是构成细胞的生物大分子，与这些大分子反应，破坏细胞的结构和功能，一个最重要的途径是自由基引发并参与脂质过氧化作用。一般来讲，脂质分子是相当稳定的，不易与氧分子作用。但是，一旦有活泼自由基的进攻，自由基为了电子配对的需要而夺取脂质（LH）分子上较活泼的氢原子，脱去氢原子的脂质就形成了脂质自由基（L·），极易与氧分子结合生成脂过氧化自由基LOO·，再夺取另一个脂分子的活泼氢形成脂质氢过氧化物LOOH和另一个脂质自由基，LOOH在体内极易发生类Fenton反应 LOOH + Fe2+ Fe3+ + LO· + OH－ 所生成的脂氧自由基特别活泼，即可参加脂质的夺氢反应，又易通过β-断裂分解成小分子的碳氢化合物和强毒性的羰基化合物——醛和酮。LOO·还可通过分子内的双键加成生成环过氧化物，最终裂解成毒性很高的丙二醛（MDA）和烯醛类化合物，如4－羟基壬烯醛。脂质过氧化一旦引发，上述化学反应就会迅速地在细胞膜内传播和发展，使细胞膜破坏，并且产生大量的毒性产物，这些毒性分子，可以迅速使蛋白质交联、凝集，导致各种重要酶类失活、变性或功能丧失。 另一方面，脂质过氧化的链反应亦可在细胞内其它生物大分子中引发和传播，因为蛋白和核酸等分子中也存在易遭自由基进攻的氢原子和不饱和键。如遗传因子DNA遭到自由基的攻击，导致细胞的突变和肿瘤的发生。 在大多数疾病中，氧化应激是一种续发性原因，所以抗氧化预防显得十分必要。因为内源性抗氧化防御体系并非100%有效，越来越多的证据表明能通过改变膳食，如减少脂肪或增加水果蔬菜和谷类等的摄入量等，加强食物抗氧化剂的积累，达到延迟或预防疾病的目的。 二、自由基清除剂的种类和作用机理 自由基清除剂(Scavenger)是能清除体内自由基或能阻断自由基参与氧化反应的物质。能清除有害自由基的抗氧化防御体系，是人体维持正常生理功能所必须的。人体内存在多种抗氧化剂，然而，随着年龄的增大，机体内产生自由基清除剂的能力逐渐下降，导致体内清除剂的含量减少，活性也逐渐降低，从而削弱了对自由基损害的防御能力，加速了生命的衰老变化并引发一系列病变。为了防御自由基的损害，可以向生命机体额外添加些自由基清除剂，从而达到抵抗疾病延缓衰老的目的。 自由基清除剂分非酶类清除剂(抗氧化剂)和酶类清除剂(抗氧化酶)两大类。非酶类清除剂主要有维生素E、维生素C、β—胡萝卜素和还原型谷胱甘肽(GSH)等。酶类清除剂主要有超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH—Px)等几种。 （一）抗氧化酶 生物体中自由基主要有超氧阴离子自由基和其质子化产物氢过氧自由基、过氧化氢、羟自由基。为了防止和抵御活性氧对机体的伤害，机体可以通过细胞色素酶的催化作