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抗氧化剂
抗氧化剂
抗氧化剂(抗氧化剂)
抗氧化剂（ Antioxidants）是阻止氧气不良影响的物质。 它是一类能帮助捕获并中和自由基，从而祛除自由基对人体损害的一类物质。人体的抗氧化剂有自身合成的，也有由食物供给的。较强的抗氧化剂如艾诗特ASTA（astaxanthin的简称）等，一般人类无法合成，必须从食物中等摄取。
目录 概念 抗氧化剂的历史 生物体应对氧化挑战 抗氧化代谢物 收缩展开 概念①食物中抗氧化剂能够保护食物免受氧化损伤而变质。 ②在人体消化道内具有抗氧化作用，防止消化道发生氧化损伤。 ③吸收后可在机体其他组织器官内发挥作用。 ④来源于食物的某些具有抗氧化作用的提取物可以作为治疗药品。抗氧化剂的作用机理包括鳌合金属离子、清除自由基、淬灭单线态氧、清除氧、抑制氧化酶活性等。 举例：如维生素A、C、E；类胡萝卜素（虾青素、角黄素、叶黄素，β-胡萝卜素等）；微量元素：硒、锌、铜和锰等。
抗氧化剂的历史为了适应从海洋生物演变为陆地生物，陆生植物开始产生海洋生物所不具有的抗氧化剂比如维生素C、多酚和生育酚。五千万年到两亿万年前被子植物植物在进化的过程中发展出了许多抗氧化的天然色素--特别是在侏罗纪时代--作为一种化学手段抵御光合作用的副产物活性氧类物质。本来抗氧化剂一词特指那类可以防止氧气消耗的化学物质。在19世纪末至20世纪初，广泛研究集中在重要的工业生产过程对抗氧化剂的使用上，比如防止金属腐蚀、橡胶的硫化、由燃料聚合导致的内燃机积垢等。 生物学对抗氧剂的研究早期集中在是如何使用抗氧化剂来避免不饱和脂肪酸氧化引起的酸败。可以通过将一块脂肪置于一个充氧的密封容器后对其氧化速率进行测定的简单方法度量抗氧化活性。然而随着具有抗氧化作用的维生素A、C、E的发现和确认，人们意识到抗氧化剂在生物体内起到生化作用的重要性。当认识到具有抗氧化活性的物质可能本身就容易被氧化的事实后，对抗氧化剂可能作用机理的探索首先开始。通过研究微生素E如何防止脂质过氧化，明确了抗氧化剂作为还原剂通过与活性氧物质反应来避免活性氧物质对细胞的破坏，达到抗氧化的效果。
生物体应对氧化挑战详情查看: 氧化应激 对于生物体的代谢有一种自相矛盾的情况，虽然大部分地球上的生物需要氧气来维持生存，但同时氧气又是一种高反应活性的分子，可以通过产生活性氧物质破坏生物体。所以生物体中建立了一套由抗氧化的代谢产物和酶构成的复杂网络系统，通过有抗氧化作用的代谢中间体和产物与酶之间的协同配合使得重要的细胞成分比如DNA、蛋白质和脂类免受氧化损伤。抗氧化系统大体上通过两种方式实现抗氧化作用，一种是通过阻止活性氧物质的产生来实现的，另一种是在这些活性物质对细胞的重要成分造成损伤之前清除它们来达到抗氧化作用的 。然而这些活性氧物质也有重要的细胞功能，比如在生化反应中充当氧化还原信号分子。因此生物体中抗氧化系统的作用不是氧化性物质彻底地全部清除，而是将这些物质保持在适当的水平。 在细胞内产生的活性氧物种包括过氧化氢(H2O2)、次氯酸(HClO)、自由基例如羟基自由基(·OH)和超氧化物阴离子(O2) 。羟基自由基特别不稳定，能无特异性地迅速与大多数生物分子反应。这类物种主要是由金属催化过氧化氢还原（比如芬顿反应）产生的 。这些氧化剂通过引发链反应比如脂质的过氧化反应、或氧化DNA和蛋白质破坏细胞。受到损害的DNA如果没有得到修复会引起突变、诱发癌症。对蛋白质造成的损伤会使酶的活性受到抑制、蛋白质发生变性或降解。 人体新陈代谢产生能量的过程中需要消耗氧气生成活性氧物种。这个过程中，电子传递链的几个步骤能产生副产物超氧化物阴离子。特别重要的是复合物III中的辅酶Q在被还原的过程中会变成了高活性的自由基中间体（Q·）。这种不稳定的中间体会发生电子的“泄漏”（丢失电子），“泄漏”的电子跳出正常的电子传递链，直接将氧分子还原生成超氧负离子。过氧化物也可以由还原态的黄素蛋白比如复合体Ⅰ的氧化产生。然而，尽管这些酶会生成氧化剂，但是不清楚电子传递链相比其他同样可以产生过氧化物的生化过程是否更为重要。在植物、藻类和蓝菌进行光合作用的过程中尤其是在高辐照强度下，同样会产生活性氧物种，但是类胡萝卜素作为光保护剂吸收过度强光保护细胞，藻类、蓝菌中所含的大量碘和硒也能抵消高辐照强度对细胞造成的氧化损伤,类胡萝卜素、碘和硒作为抗氧化剂通过与被过度还原的光合反应中心反应避免活性氧物种的产生。
抗氧化代谢物概述
根据溶解性抗氧化剂可分为两大类：水溶性抗氧化剂和脂溶性抗氧化剂。水溶性抗氧化剂通常存在于细胞质基质和血浆中，脂溶性抗氧化剂则保护细胞膜的脂质免受过氧化 。这些化合物或在人体内生物合成或通过膳食摄取。不同抗氧化剂以一定范围的浓度分布于体液和组织中 。谷胱甘肽和辅酶Q10主要存在于细胞中，而其他抗氧化剂比如尿酸它们的分布更为广泛（详见下表）。一些抗氧化剂由于既有抗氧化作用也是重要的病原体和致病因子所以只存在于某些特定机体组织中。 一些化合物通过与过渡金属配位螯合来阻止金属在细胞中催化自由基的产生，从而起到抗氧化防御的作用。这种抗氧化防御手段中特别重要的一点是要将铁离子通过配位螯合隔离起来，因为铁离子是一些铁结合蛋白（iron-binding proteins）比如运铁蛋白和铁蛋白能发挥作用的关键。硒和锌通常被认为是抗氧化营养素（antioxidant nutrients），这两种元素本身没有抗氧化作用但会对一些抗氧化酶的活性起到作用。 抗氧化代谢产物溶解性人血清中的浓度(μM)肝组织中的浓度(μmol/kg)抗坏血酸 (维生素C)水溶性50 – 60260 (人体)谷胱甘肽水溶性46,400 (人体)硫辛酸水溶性0.1 – 0.74 – 5 (白鼠)尿酸水溶性200 – 4001,600 (人体)胡萝卜素脂溶性β-胡萝卜素: 0.5 – 1视黄醇 （维生素A）: 1 – 3 5 (人体,全部胡萝卜素)α-生育酚 （维生素E）脂溶性10 – 4050 (人体)泛醌 (辅酶Q)脂溶性5200 (人体)
尿酸
尿酸是血液中浓度最高的抗氧剂。尿酸是嘌呤代谢的中间产物，由黄嘌呤通过黄嘌呤氧化酶氧化产生，是一种有抗氧化性的氧嘌呤（oxypurine）。在大部分陆地动物体内，尿酸氧化酶可催化尿酸进一步氧化成尿囊素,但人和一些高级灵长类动物的尿酸氧化酶基因不发挥作用，所以尿酸在体内不会进一步分解。尿酸氧化酶功能在人类进化过程中丢失的原因仍是一个有待探讨的问题。尿酸的抗氧化性使研究者们推测这种突变有利于早期的灵长类动物和人类 。对生物高海拔环境适应性的研究结果支持这样一种假设：尿酸作为抗氧化剂可以缓解由高原低氧引发的氧化应激。在氧化应激所促发疾病的动物实验中发现尿酸可以预防或缓解疾病，研究者们将其归因于尿酸的抗氧化特性。关于尿酸抗氧化机理的研究结果也支持这一提议 。 对于多发性硬化症，Gwen Scott解释了尿酸作为抗氧化剂对于多发性硬化症的重要意义，血清中的尿酸水平与多发性硬化症的发生率呈相反的关系，因为多发性硬化症的病人血清中的尿酸水平低，而患有通风的病人很少患有这种疾病。更重要的是尿酸可用于治疗实验性质的变态反应性脑脊髓症--一种多发性硬化症的动物模型。总之，虽然尿酸作为抗氧化剂的机理是得到很好支持的，但声称体内尿酸水平影响患多发性硬化症风险的这一说法仍存争议 且需要更多的研究。 尿酸是所有血液抗氧化剂中浓度最高的，人血清中总抗氧化能力的一半是由它贡献的。尿酸的抗氧化活性很复杂，它不能与一些氧化剂比如超氧化物反应，但能对过氧亚硝基阴离子（peroxynitrite）、过氧化物和次氯酸起到抗氧化作用。
抗坏血酸
抗坏血酸或称维生素C是植物和动物体内的单糖氧化-还原催化剂。在灵长类动物的进化过程中，突变的'发生使得机体中一种用于合成维生素C所必需的酶丢失，所以人类必须从饮食中摄取维生素C。其他大部分动物都具备在体内合成维生素C的功能因而无需通过食物补充。通过氧化L-脯氨酸残基得到4-羟基-L-脯氨酸可将前胶原（procollagen）转化为胶原蛋白，这个过程需要维生素C的参与，氧化后的维生素C在其他细胞中经蛋白二硫键异构酶（protein disulfide isomerase，PDIA）和谷氧还原酶（glutaredoxins）的催化被谷胱甘肽还原。维生素C是一种有还原性的氧化还原催化剂，可中和诸如过氧化氢这类的活性氧物种。维生素C除了有直接的抗氧化效果外，它也是还原酶抗坏血酸过氧化物酶（ascorbate peroxidase）的底物，这种酶对植物的抗逆性有特别重要的作用。维生素C以较高的含量普遍存在于植物的各个部位中，特别是在叶绿体中的浓度可以高达20mmol/L。
谷胱甘肽
谷胱甘肽是一种含有半胱氨酸的多肽,存在于多数需氧生物体内。它不能从膳食中摄入而是在细胞内从相应的氨基酸合成而来。由于半胱氨酸上的巯基具有还原性，能在氧化后再被还原，所以谷胱甘肽有抗氧化功能。在细胞内，谷胱甘肽在被一些代谢物和酶比如谷胱甘肽-抗坏血酸循环（Glutathione-ascorbate cycle）中的抗坏血酸盐、谷胱甘肽过氧化物酶、谷氧还蛋白氧化或直接和一些氧化性物质反应后，可被谷胱甘肽还原酶（glutathione reductase）还原恢复回还原态。鉴于它在细胞内的高浓度和在细胞氧化还原态中所扮演的中心角色，谷胱甘肽是最重要的细胞抗氧化剂之一。在一些生物体中谷胱甘肽会被其他一些含巯基的多肽所代替，比如在放线菌中被mycothiol（AcCys-GlcN-Ins）替代、在革兰氏阳性菌中被bacillithiol（Cys-GlcN-mal）替代、在动质体中被锥虫基硫（Trypanothione）替代。
褪黑素
褪黑素是一种强大的抗氧化剂。它可以轻易的穿过细胞膜和血脑屏障，和其他抗氧化剂不同，它不参与到还原循环（Redox Cycling）中。像维生素C这种参与氧化还原循环中的抗氧化剂可能会起到促氧化剂的作用从而促进自由基的形成。褪黑素一旦被氧化就不能还原回去，因为氧化后的褪黑素会与自由基形成几种稳定的最终产物。因此褪黑素被称作终端抗氧化剂（terminal antioxidant） 。
生育酚和生育三烯酚（维生素E）
维生素E是由生育酚和生育三烯酚构成的8种相关化合物的统称，它们是一类具有抗氧化功能的脂溶性维生素。在这类化合物中，由于人体优先吸收和代谢α-生育酚，所以α-生育酚的生物利用度最大，也是已经被研究的最多的。 据称α-生育酚是最重要的脂溶性抗氧化剂。它清除游离的自由基中间体并且停止自由基的链增长，以此保护细胞膜免受有过氧化链反应产生的过氧化脂质的破坏，由此产生的氧化态α-生育酚自由基可被其他抗氧化剂比如维生素C、视黄醇或泛醇还原，使其重新回到活性还原态继续起到抗氧化作用。相关研究发现是α-生育酚而非水溶性抗氧化剂起到有效保护缺少谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的细胞避免其死亡的作用，而GPX4是已知的唯一一种能有效减少生物膜中过氧化脂质的酶，这一研究发现与α-生育酚的细胞膜抗氧化作用是一致。 但是还尚不清楚其他的几种维生素E在抗氧化作用中的角色和重要性 。尽管γ-生育酚作为亲核试剂可以和亲电性的诱突变物质反应，而生育三烯酚对于保护神经元免受损坏起到重要作用，但是对于除α-生育酚外的其他几种维生素E在抗氧化方面的作用仍知之甚少。
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