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抗氧化劑

来源:wikitw.club  2016-2-1 19:50

   

2057-1.html" target="_blank">抗氧化劑( Antioxidants)是阻止氧氣不良影響的物質。 它是一類能幫助捕獲並中和自由基,從而祛除自由基對人體損害的一類物質。人體的抗氧化劑有自身合成的,也有由食物供給的。較強的抗氧化劑如艾詩特ASTA(astaxanthin的簡稱)等,一般人類無法合成,必須從食物中等攝取。

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目 錄1概念

2抗氧化劑的歷史

3生物應對氧化挑戰

4抗氧化代謝

4.1 概述

4.2 尿酸

4.3 抗壞血酸

4.4 谷胱甘肽

4.5 褪黑素

4.6 生育酚和生育三烯酚(維生素E)

5促氧化劑

5.1 補充抗氧化劑對健康的潛在損害

6抗氧化系統

6.1 概述

6.2 氧化物歧化酶,過氧化氫酶和過氧化還原酶

6.3 硫氧還蛋白和谷胱氨肽系統

7疾病中的氧化應激

8對健康的潛在影響

8.1 器官功能

8.2 與飲食的關係

8.3 體育鍛煉

8.4 不利影響

8.5 食品中的抗氧化劑

9抗氧化劑在其他領域的應用

9.1 食品防腐劑

9.2 工業用途

10自然壽命

11比較

12性能與用途

13研究報道

1概念①食物中抗氧化劑能夠保護食物免受氧化損傷而變質

②在人體消化道內具有抗氧化作用,防止消化道發生氧化損傷。

③吸收后可在機體其他組織器官內發揮作用。

④來源於食物的某些具有抗氧化作用的提取物可以作為治療藥品。抗氧化劑的作用機理包括鰲合金屬離子、清除自由基、淬滅單線態氧、清除氧、抑制氧化酶活性等。

舉例:如維生素A、C、E;類胡蘿蔔素蝦青素角黃素葉黃素,β-胡蘿蔔素等);微量元素、銅和錳等。

2抗氧化劑的歷史為了適應從海洋生物演變為陸地生物,陸生植物開始產生海洋生物所不具有的抗氧化劑比如維生素C、多酚和生育酚。五千萬年到兩億萬年前被子植物植物在進化的過程中發展出了許多抗氧化的天然色素--特別是在侏羅紀時代--作為一種化學手段抵禦光合作用的副產物活性氧類物質。本來抗氧化劑一詞特指那類可以防止氧氣消耗的化學物質。在19世紀末至20世紀初,廣泛研究集中在重要的工業生產過程對抗氧化劑的使用上,比如防止金屬腐蝕、橡膠的硫化、由燃料聚合導致的內燃機積垢等。

生物學對抗氧劑的研究早期集中在是如何使用抗氧化劑來避免不飽和脂肪氧化引起的酸敗。可以通過將一塊脂肪置於一個充氧的密封容器后對其氧化速率進行測定的簡單方法度量抗氧化活性。然而隨著具有抗氧化作用的維生素A、C、E的發現和確認,人們意識到抗氧化劑在生物體內起到生化作用的重要性。當認識到具有抗氧化活性的物質可能本身就容易被氧化的事實后,對抗氧化劑可能作用機理的探索首先開始。通過研究微生素E如何防止脂質過氧化,明確了抗氧化劑作為還原劑通過與活性氧物質反應來避免活性氧物質對細胞的破壞,達到抗氧化的效果。[1]

3生物體應對氧化挑戰詳情查看: 氧化應激

對於生物體的代謝有一種自相矛盾的情況,雖然大部分地球上的生物需要氧氣來維持生存,但同時氧氣又是一種高反應活性的分子,可以通過產生活性氧物質破壞生物體。所以生物體中建立了一套由抗氧化的代謝產物和酶構成的複雜網路系統,通過有抗氧化作用的代謝中間體和產物與酶之間的協同配合使得重要的細胞成分比如DNA蛋白質脂類免受氧化損傷。抗氧化系統大體上通過兩種方式實現抗氧化作用,一種是通過阻止活性氧物質的產生來實現的,另一種是在這些活性物質對細胞的重要成分造成損傷之前清除它們來達到抗氧化作用的 。然而這些活性氧物質也有重要的細胞功能,比如在生化反應中充當氧化還原信號分子。因此生物體中抗氧化系統的作用不是氧化性物質徹底地全部清除,而是將這些物質保持在適當的水平。

在細胞內產生的活性氧物種包括過氧化氫(H2O2)、次氯酸(HClO)、自由基例如羥基自由基(·OH)和超氧化物陰離子(O2) 。羥基自由基特別不穩定,能無特異性地迅速與大多數生物分子反應。這類物種主要是由金屬催化過氧化氫還原(比如芬頓反應)產生的 。這些氧化劑通過引發鏈反應比如脂質的過氧化反應、或氧化DNA和蛋白質破壞細胞。受到損害的DNA如果沒有得到修復會引起突變、誘發癌症。對蛋白質造成的損傷會使酶的活性受到抑制、蛋白質發生變性降解

人體新陳代謝產生能量的過程中需要消耗氧氣生成活性氧物種。這個過程中,電子傳遞鏈的幾個步驟能產生副產物超氧化物陰離子。特別重要的是複合物III中的輔酶Q在被還原的過程中會變成了高活性的自由基中間體(Q·)。這種不穩定的中間體會發生電子的「泄漏」(丟失電子),「泄漏」的電子跳出正常的電子傳遞鏈,直接將氧分子還原生成超氧負離子。過氧化物也可以由還原態的黃素蛋白比如複合體Ⅰ的氧化產生。然而,儘管這些酶會生成氧化劑,但是目前尚不清楚電子傳遞鏈相比其他同樣可以產生過氧化物的生化過程是否更為重要。在植物、藻類和藍菌進行光合作用的過程中尤其是在高輻照強度下,同樣會產生活性氧物種,但是類胡蘿蔔素作為光保護劑吸收過度強光保護細胞,藻類、藍菌中所含的大量和硒也能抵消高輻照強度對細胞造成的氧化損傷,類胡蘿蔔素、碘和硒作為抗氧化劑通過與被過度還原的光合反應中心反應避免活性氧物種的產生。[1]

4抗氧化代謝物 概述 根據溶解性抗氧化劑可分為兩大類:水溶性抗氧化劑和脂溶性抗氧化劑。水溶性抗氧化劑通常存在於細胞質基質和血漿中,脂溶性抗氧化劑則保護細胞膜的脂質免受過氧化 。這些化合物或在人體內生物合成或通過膳食攝取。不同抗氧化劑以一定範圍的濃度分佈于體液和組織中 。谷胱甘肽和輔酶Q10主要存在於細胞中,而其他抗氧化劑比如尿酸它們的分佈更為廣泛(詳見下表)。一些抗氧化劑由於既有抗氧化作用也是重要的病原體致病因子所以只存在於某些特定機體組織中。

一些化合物通過與過渡金屬配位螯合來阻止金屬在細胞中催化自由基的產生,從而起到抗氧化防禦的作用。這種抗氧化防禦手段中特別重要的一點是要將鐵離子通過配位螯合隔離起來,因為鐵離子是一些鐵結合蛋白(iron-binding proteins)比如運鐵蛋白和鐵蛋白能發揮作用的關鍵。硒和鋅通常被認為是抗氧化營養素(antioxidant nutrients),這兩種元素本身沒有抗氧化作用但會對一些抗氧化酶的活性起到作用。[1]

抗氧化代謝產物溶解性人血清中的濃度(μM)肝組織中的濃度(μmol/kg)抗壞血酸 (維生素C)

水溶性

50 – 60

260 (人體)

谷胱甘肽

水溶性

4

6,400 (人體)

硫辛酸

水溶性

0.1 – 0.7

4 – 5 (白鼠)

尿酸

水溶性

200 – 400

1,600 (人體)

胡蘿蔔素

脂溶性

β-胡蘿蔔素: 0.5 – 1視黃醇 (維生素A): 1 – 3

5 (人體,全部胡蘿蔔素)

α-生育酚 (維生素E

脂溶性

10 – 40

50 (人體)

泛醌 (輔酶Q)

脂溶性

5

200 (人體)

尿酸 尿酸是血液中濃度最高的抗氧劑。尿酸是嘌呤代謝的中間產物,由黃嘌呤通過黃嘌呤氧化酶氧化產生,是一種有抗氧化性的氧嘌呤(oxypurine)。在大部分陸地動物體內,尿酸氧化酶可催化尿酸進一步氧化成尿囊素,但人和一些高級靈長類動物的尿酸氧化酶基因不發揮作用,所以尿酸在體內不會進一步分解。尿酸氧化酶功能在人類進化過程中丟失的原因仍是一個有待探討的問題。尿酸的抗氧化性使研究者們推測這種突變有利於早期的靈長類動物和人類 。對生物高海拔環境適應性的研究結果支持這樣一種假設:尿酸作為抗氧化劑可以緩解由高原低氧引發的氧化應激。在氧化應激所促發疾病的動物實驗中發現尿酸可以預防或緩解疾病,研究者們將其歸因於尿酸的抗氧化特性。關於尿酸抗氧化機理的研究結果也支持這一提議 。

對於多發性硬化,Gwen Scott解釋了尿酸作為抗氧化劑對於多發性硬化症的重要意義,血清中的尿酸水平與多發性硬化症的發生率呈相反的關係,因為多發性硬化症的病人血清中的尿酸水平低,而患有通風的病人很少患有這種疾病。更重要的是尿酸可用於治療實驗性質的變態反應性腦脊髓症--一種多發性硬化症的動物模型。總之,雖然尿酸作為抗氧化劑的機理是得到很好支持的,但聲稱體內尿酸水平影響患多發性硬化症風險的這一說法仍存爭議 且需要更多的研究。

尿酸是所有血液抗氧化劑中濃度最高的,人血清中總抗氧化能力的一半是由它貢獻的。尿酸的抗氧化活性很複雜,它不能與一些氧化劑比如超氧化物反應,但能對過氧亞硝基陰離子(peroxynitrite)、過氧化物和次氯酸起到抗氧化作用。[1]

抗壞血酸 抗壞血酸或稱維生素C是植物和動物體內的單糖氧化-還原催化劑。在靈長類動物的進化過程中,突變的發生使得機體中一種用於合成維生素C所必需的酶丟失,所以人類必須從飲食中攝取維生素C。其他大部分動物都具備在體內合成維生素C的功能因而無需通過食物補充。通過氧化L-脯氨酸殘基得到4-羥基-L-脯氨酸可將前膠原(procollagen)轉化為膠原蛋白,這個過程需要維生素C的參與,氧化后的維生素C在其他細胞中經蛋白二硫鍵異構酶(protein disulfide isomerase,PDIA)和谷氧還原酶(glutaredoxins)的催化被谷胱甘肽還原。維生素C是一種有還原性的氧化還原催化劑,可中和諸如過氧化氫這類的活性氧物種。維生素C除了有直接的抗氧化效果外,它也是還原酶抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase)的底物,這種酶對植物的抗逆性有特別重要的作用。維生素C以較高的含量普遍存在於植物的各個部位中,特別是在葉綠體中的濃度可以高達20mmol/L。[1]

谷胱甘肽 谷胱甘肽是一種含有半胱氨酸多肽,存在於多數需氧生物體內。它不能從膳食中攝入而是在細胞內從相應的氨基酸合成而來。由於半胱氨酸上的巰基具有還原性,能在氧化后再被還原,所以谷胱甘肽有抗氧化功能。在細胞內,谷胱甘肽在被一些代謝物和酶比如谷胱甘肽-抗壞血酸循環(Glutathione-ascorbate cycle)中的抗壞血酸鹽、谷胱甘肽過氧化物酶、谷氧還蛋白氧化或直接和一些氧化性物質反應后,可被谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase)還原恢復回還原態。鑒於它在細胞內的高濃度和在細胞氧化還原態中所扮演的中心角色,谷胱甘肽是最重要的細胞抗氧化劑之一。在一些生物體中谷胱甘肽會被其他一些含巰基的多肽所代替,比如在放線菌中被mycothiol(AcCys-GlcN-Ins)替代、在革蘭氏陽性菌中被bacillithiol(Cys-GlcN-mal)替代、在動質體中被錐蟲基硫(Trypanothione)替代。[1]

褪黑素褪黑素是一種強大的抗氧化劑。它可以輕易的穿過細胞膜和血腦屏障,和其他抗氧化劑不同,它不參與到還原循環(Redox Cycling)中。像維生素C這種參與氧化還原循環中的抗氧化劑可能會起到促氧化劑的作用從而促進自由基的形成。褪黑素一旦被氧化就不能還原回去,因為氧化后的褪黑素會與自由基形成幾種穩定的最終產物。因此褪黑素被稱作終端抗氧化劑(terminal antioxidant) 。[1]

生育酚和生育三烯酚(維生素E)維生素E是由生育酚和生育三烯酚構成的8種相關化合物的統稱,它們是一類具有抗氧化功能的脂溶性維生素。在這類化合物中,由於人體優先吸收和代謝α-生育酚,所以α-生育酚的生物利用度最大,也是已經被研究的最多的。

據稱α-生育酚是最重要的脂溶性抗氧化劑。它清除遊離的自由基中間體並且停止自由基的鏈增長,以此保護細胞膜免受有過氧化鏈反應產生的過氧化脂質的破壞,由此產生的氧化態α-生育酚自由基可被其他抗氧化劑比如維生素C、視黃醇或泛醇還原,使其重新回到活性還原態繼續起到抗氧化作用。相關研究發現是α-生育酚而非水溶性抗氧化劑起到有效保護缺少谷胱甘肽過氧化物酶4(GPX4)的細胞避免其死亡的作用,而GPX4是已知的唯一一種能有效減少生物膜中過氧化脂質的酶,這一研究發現與α-生育酚的細胞膜抗氧化作用是一致。

但是還尚不清楚其他的幾種維生素E在抗氧化作用中的角色和重要性 。儘管γ-生育酚作為親核試劑可以和親電性的誘突變物質反應,而生育三烯酚對於保護神經元免受損壞起到重要作用,但是對於除α-生育酚外的其他幾種維生素E在抗氧化方面的作用仍知之甚少。[1]

5促氧化劑起到還原劑作用的抗氧化也能扮演促氧化劑(pro-oxidant)的角色。比如維生素C通過還原有氧化性的過氧化氫起到抗氧化作用,然而維生素C也能通過芬頓反應(Fenton reaction)先將將高價態的過渡金屬離子還原,之後被還原的金屬離子通過反應產生自由基。[1]

補充抗氧化劑對健康的潛在損害某些抗氧化劑的不適當補充會誘發疾病和增加人的死亡幾率。有假設認為,體內的自由基能誘導啟動內源XX來對抗外源的自由基(也可能是其他毒性物質)使人體受到保護。最近的實驗證據也有力地確實確實如此,內源性自由基產生的誘導作用使得秀麗隱桿線蟲的壽命延長 。這些有毒性的自由基在低濃度時可能有毒物興奮效應,能起到延長壽命和促進健康的效果,而補充過量的抗氧化劑則會淬滅這些對健康起到積極作用的自由基。[1]

6抗氧化酶系統概述和化學抗氧化劑的作用一樣,有多種抗氧化酶相互作用所構成的網路能保護細胞免受氧化應激的損害。比如氧化磷酸化過程釋放出的過氧化物首先被轉變成過氧化氫,接著被還原成水。在這個解毒過程是多種酶協同作用的結果,第一步超氧化物轉變成過氧化氫的過程是在超氧化物歧化酶的催化下完成的,接著由多個不同的過氧化物酶來負責清除過氧化氫。和抗氧化代謝物在抗氧化過程中需要相互協作配合一樣,在抗氧化酶的防禦機制中這些酶之間也需要相互協調配合,不能單獨發揮作用,這也是從研究只缺少某一種抗氧化酶的轉基因小鼠的過程中認識到的。[1]

超氧化物歧化酶,過氧化氫酶和過氧化還原酶超氧化物歧化酶是一類與催化超氧化物陰離子分解產生氧氣和過氧化氫密切相關的酶。

過氧化氫酶是一種以鐵或錳為輔助因子、可催化過氧化氫分解成水和氧氣的酶。它們存在於大多數真核生物細胞的過氧化物酶體中。

過氧化還原酶(Peroxiredoxins)是一類可催化還原過氧化氫、有機過氧化物和過氧亞硝基陰離子的過氧化物酶。它可分為三類:典型的2-半胱氨酸過氧化物還原酶、非典型的2-半胱氨酸過氧化物還原酶和1-半胱氨酸過氧化物還原酶。[1]

硫氧還蛋白和谷胱氨肽系統硫氧還蛋白(Thioredoxin)體系包括12千道爾頓的硫氧還蛋白和與之相伴的硫氧還蛋白還原酶。

谷胱甘肽體系包括谷胱甘肽、谷胱甘肽還原酶、谷胱甘肽過氧化物酶和谷胱甘肽S-轉移酶。這個抗氧化酶體系存在於植物、動物和微生物中。[1]

7疾病中的氧化應激氧化應激被認為與多種疾病例如老年痴呆症 、帕金森氏症,這此病理系引發於糖尿病、由糖尿病引起的併發症、類風濕性關節炎 和肌萎縮性脊髓側索硬化症引發的神經退行性變(neurodegeneration)有關。對於其中的大部分疾病尚不清楚是否是由氧化劑所引發的,或者是作為這些疾病的次生後果來自一般組織的損傷。

氧化反應對DNA的損傷能引發癌症。比如超氧化歧化酶、過氧化氫酶、谷甘胱肽過氧化物酶、谷胱甘肽還原酶、谷胱甘肽S-轉移酶等幾種抗氧化酶能保護DNA免受氧化應激的損害。這些酶的多態性與DNA損傷有關並提高個體的癌症易感性風險。[1]

8對健康的潛在影響器官功能因為大腦的新陳代謝速率很快且腦部都大量的不飽和脂質,這些脂質易成為脂質過氧化反應的目標,所以大腦是非常容易受到氧化損傷的侵害。抗氧化劑因此作為藥物可用於治療各類腦部損傷。超氧化物歧化酶的類似物(superoxide dismutase mimetics)、丙泊酚硫噴妥鈉能被用於治療再灌注損傷(reperfusion injury )和創傷性腦損傷(traumatic brain injury) 。Cerovive和依布硒(Ebselen)作為試驗性藥物用於中風的治療。這些藥物似乎可以避免神經元的氧化應激、防止細胞凋亡和神經損傷。[1]

與飲食的關係多吃水果和蔬菜[2]的人患心臟病和一些神經疾病的風險更低,也有證據顯示一些蔬菜和水果可能降低患癌症的風險。因為水果和蔬菜是營養素和植生素的來源,由此推測抗氧化化合物可能會降低罹患一些疾病的風險。這個推斷通過幾種有限的方式進行了臨床試驗,結果顯示此觀點似乎不能成立,因為試驗顯示補充抗氧化劑對降低患某些慢性疾病比如癌症和心臟病的風險沒有明顯的效果。這暗示了從食用蔬菜和水果所帶來的健康益處來源於水果和蔬菜中的其他成分(比如膳食纖維)或來自一個複雜的混合成分。比如富含黃酮的食物具有的抗氧化效果似乎應歸功於食物中的果糖而非食物本身所含的抗氧化劑,果糖起了誘導體內增加合成抗氧化劑尿酸的作用。

血液中低密度脂蛋白的氧化被認為對造成心臟病起到了作用,最初的觀察研究發現攝入維生素E能降低患心臟病的風險。因此後來開展至少七個大型的臨床試驗來測試補充抗氧化劑維生素E的效果,補充的維生素劑量從每天50mg至每天600mg,這些試驗無一結果顯示維生素E的補充會對死亡總人數或因心臟病死亡的人數造成顯著性差異。進一步的研究也獲得了同樣結果。還不清楚在這些研究中所用的或在大多數膳食補充劑中所含的維生素E劑量是否足以顯著增加氧化應激。總體上,儘管對氧化應激在心血管疾病中扮演的角色已有清楚的認識,但使用氧化劑維生素E的對照研究顯示罹患心臟病的風險和已患疾病的發展速率均沒有降低。[1]

體育鍛煉在體育鍛煉時,氧氣的消耗量會比平時增加超過10倍。耗氧量的XX會產生更多的氧化產物造成運動中和運動后的肌肉疲勞。劇烈運動后特別是在運動后的24小時內的遲發性肌肉痛也和氧化應激有關,在運動后的2至7天中免疫系統會對運動過程中的出現的損傷進行修復從而使身體素質提高。在這個過程中中性粒細胞會產生自由基用以清除受損組織。體內過高濃度的抗氧化劑因此會在這個修復過程中妨礙機體的修復和適應。補充抗氧化劑也會妨礙從體育鍛煉中獲取健康上的益處,這種益處包括胰島素敏感度的增加。[1]

不利影響有較強還原性的酸能起到反營養物質(antinutrient,指能阻止人體吸收和利用某些營養素的食物成分)的效果,它們會在消化系統中通過與鋅、鐵等結合來阻止人體吸收膳食礦物質。典型的例子有草酸、單寧植酸,它們在以植物性食物為主的飲食結構中含量很高 。由於在發展中國家人的飲食結構中肉類的攝入較少而較多攝入含有植酸的豆類和未發酵的全麥麵包,由此造成在發展中國家的膳食中缺乏和鐵的狀況相當常見。[1]

食物

所含還原性酸

可可豆和巧克力、菠菜蕪菁大黃.

草酸

粗糧、玉米、豆類

植酸

茶葉、豆類、捲心菜

單寧

[1]非極性抗氧化劑比如丁香油酚(丁香油的主要成分)有毒性限制,所以過量濫用未稀釋的精油對健康不利 。大劑量服用水溶性抗氧化劑比如維生素C時很少考慮它們的毒性,這是因為這些化合物能通過尿液迅速排出體外。大劑量服用某些抗氧化劑對健康有長期的危害影響,β-胡蘿蔔素和維生素A對肺癌患者的療效試驗研究發現給吸煙者大量補充含β-胡蘿蔔素和維生素A的物質會增加他們患肺癌的幾率,隨後的一些研究也證實了這些不良影響。[1]

食品中的抗氧化劑由於不同的抗氧化劑對各種活性氧物種的反應活性不同,所以衡量抗氧化劑的抗氧化性不是一個簡單的過程。在食品科學中,抗氧化能力指數(oxygen radical absorbance capacity,ORAC)已經成為衡量食品、果汁和添加劑抗氧化能力的主要主要標準 。其他的一些測定方法包括Folin-Ciocalteu試劑法和等效抗氧化容量分析法(Trolox equivalent antioxidant capacity assay)。

包括蔬菜、水果、穀物、蛋類、肉類、豆類和堅果在內的許多食物中都含有抗氧化劑。像番茄紅素和維生素C這樣的抗氧化劑易在長時間的儲存和烹煮下受到破壞。相比之下其他一些抗氧化劑比如全麥穀物和茶葉等食品中含有的多酚類抗氧化劑更為穩定。加工或烹飪食品對其中所含抗氧化劑的影響是較為複雜的,既可能增加抗氧化劑的生物利用度,比如蔬菜中的油溶性類胡蘿蔔素用油烹飪后更易被吸收利用;也可能因加工過程中暴露于空氣中而使抗氧化劑受到損失。

抗氧化化合物

富含抗氧化劑的食物

維生素C(抗壞血酸)

新鮮蔬菜和水果

維生素E (生育酚, 生育三烯酚)

植物油

多酚類抗氧化劑 (白藜蘆醇, 黃酮類化合物)

茶、咖啡、大豆、水果、橄欖油、巧克力、桂皮牛至

類胡蘿蔔素(番茄紅素,胡蘿蔔素,葉黃素)

水果、蔬菜和蛋類

[1]其他一些抗氧化劑無需通過食物中獲取而是能夠由人體自身合成。比如泛醇(ubiquinol,coenzyme Q)很難從腸道吸收穫得而是由人體通過甲羥戊酸途徑合成產生。另一個例子是通過氨基酸在人體內合成的谷胱甘肽,因為谷胱甘肽被人體吸收前會在腸道中全部水解成遊離的半胱氨酸、甘氨酸谷氨酸,即使大劑量口服能無法提高體內谷胱甘肽的濃度 。儘管大量補充乙酰半胱氨酸可以增加谷胱甘肽,但沒有證據顯示大量攝入這類谷胱甘肽的前驅體對健康的成人有益 。對於治療某些疾病比如急性呼吸窘迫症、蛋白質和熱量攝入不足造成的營養不良、對乙酰氨基酚過量對肝臟造成的損傷,作為治療手段的一部分補充這些谷胱甘肽的前體是有幫助的。

膳食中一些其他成分作為促氧化劑可調節體內抗氧化劑水平。它們通過消耗抗氧劑比如某些抗氧化酶來降低體內抗氧化劑濃度,以此途徑避免因抗氧化劑濃度過高所引起的氧化應激。這些化合物比如異硫氰酸酯和薑黃素,可能也是一種可用以阻斷正常細胞變為癌細胞甚至殺滅已有癌細胞的藥物預防手段。[1]

9抗氧化劑在其他領域的應用 食品防腐劑抗氧化劑作為食品添加劑可以幫助對抗食品變質。暴露在空氣和陽光下是食物氧化的兩大因素,所以為此可以將食物避光保存和存放在密封容器中,或者像黃瓜那樣塗蠟包裹儲藏。然而,氧氣對於植物的呼吸作用也是十分重要的,將植物類食品在厭氧環境下存放後會產生難聞的氣味和難看的顏色,所以新鮮的水果和蔬菜一般都儲放在含8%氧氣的環境下。抗氧化劑是一類十分重要的防腐劑,不同於由細菌真菌造成的食品變質,冰凍或冷藏食物仍然能被相對較快的氧化。這些有抗氧化作用的防腐劑包括天然的維生素C和維生素和人工合成的沒食子酸丙酯TBHQBHT丁基羥基茴香醚

不飽和脂肪酸是最常見的易被氧化的分子;氧化會引起它們的酸敗。由於氧化后的脂類變色併產生類似金屬或硫磺的味道,所以防止富含脂肪食品的氧化是非常重要的。因此這些含脂食物很少通過風乾存放,而是代之以煙熏、鹽漬或發酵的方法來儲藏。即使是一些脂肪較少的食物比如水果在用空氣乾燥之前也噴撒含硫抗氧化劑。氧化反應經常需要金屬催化,這就是為何像黃油這類的脂肪從不用鋁箔包裹或存放在金屬容器中的原因。一些含脂食物比如橄欖油由於食物本身就含有天然抗氧化劑所以能部分避免氧化,但仍然對光氧化很敏感。一些脂類化妝品比如唇膏、潤膚膏也需要加入抗氧化防腐劑避免酸敗。[1]

工業用途抗氧化劑通常添加到工業產品中,一個常見的用途就是作為燃料和XX的穩定劑防止氧化,也可加在汽油中起到防止聚合從而避免引擎積垢形成的目的 。2007年,工業抗氧劑的全球市場總量達到88萬噸,這創造了大約37億美元(約合24億歐元)的收入。

抗氧化劑廣泛用於高分子聚合物諸如橡膠、塑料和粘合劑中,用於防止聚合物材料因氧化降解而失去強度和韌性。像天然橡膠和聚丁二烯這類聚合物的分子主鏈中都有碳碳雙鍵,它們特別易受氧化和臭氧化反應的破壞而發生斷裂,而抗氧化劑和抗臭氧化劑(Antiozonant)則能使其受到保護。隨著材料的降解和主鏈的斷裂,固體聚合物材料外露的表面開始出現裂紋。由氧化和臭氧氧化產生的裂紋會有所區別,前者產生碎石路狀的裂紋效果("crazy paving" effect),後者則是在拉伸應變的垂直方向上出現更深的裂紋。聚合物的氧化和紫外線照XX下的降解經常是有關聯的,主要是因為紫外線輻照會使化學鍵斷裂產生自由基。產生的自由基與氧氣反應產生過氧自由基會以鏈式反應的方式引起進一步的破壞。其它聚合物包括聚丙烯和聚乙烯也易受氧化的影響,前者對於氧化更為敏感是因為其主鏈的重複單元中存在仲碳原子,形成的自由基相比伯碳原子的自由基更為穩定,所以更易受到進攻而氧化。聚乙烯的氧化往往發生在鏈中的薄弱環節處,比如低密度聚乙烯中的支鏈點上。[1]

燃料添加劑

成分

應用

AO-22

N,N'-二仲丁基對苯二胺

汽輪機油、變壓器油、液壓油、蠟和潤滑油

AO-24

N,N'-二仲丁基對苯二胺

低溫油

AO-29

2,6-二叔丁基對甲酚

汽輪機油、變壓器油、液壓油、蠟和潤滑油

AO-30

2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚

航空煤油、汽油包括航空汽油

AO-31

2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚

航空煤油、汽油包括航空汽油

AO-32

2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚和2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚

航空煤油、汽油包括航空汽油

AO-37

2,6-二叔丁基苯酚

航空煤油和汽油, 也適用於大部分航空燃料

10自然壽命[3]衰老的被動學說認為衰老是體內隨時間產生的隨機過程。首先出現在酶上,再導致DNA、RNA的變化,進而產生不準確的酶。使這個循環過程產生錯誤、災難和死亡。這一隨機變化就是由氧自由基引起的損傷積累戰勝了機體修復能力,導致細胞分化狀態的改變甚至喪失。體內抗氧化劑是消除這一損傷穩定細胞分化狀態的主要因素。如果這一論點成立,體內抗氧化劑的含量和活性就應當與物種的壽限有關。

1、超氧化物歧化酶(SOD)與物種的自然壽命

SOD是體內防止氧自由基損傷的最重要的保護酶,它可以使歧化生成過氧化氫和水。通過12種靈長類和2種嚙齒類動物腦、肝和心組織中的SOD含量除以基礎代謝率(SMR)和自然壽命的勢能(lifespan potential,LSP)有非常好的相關性(圖5-1),即壽命最長的人類具有最大的SOD/SMR,而壽命較短的嚙齒類動物有較小的SOD/SMR。因此,一個物種一生利用氧的總量可能和體內SOD的量成正比,而且,還發現在腦中MnSOD/總SOD與LSP的相關性很好,但在肝中相關性就差一些。

2、尿酸與自然壽命

尿酸是嘌呤代謝的副產品,發現它能防止細胞膜脂質過氧化,是一種重要的生物抗氧化劑,對動物物種的自然壽命起著重要的作用。通過測定幾種靈長類動物血漿中的尿酸含量和基代謝率的比例,與自然壽命有著很好的相關性(圖5-2)。尿酸在體內還是一種興奮劑,因為它的結構與咖啡因和其他神經興奮劑很相似。

3、胡蘿蔔素與自然壽命

植物中含有維生素A的前體——胡蘿蔔素,用來防止光合作用產生的氧自由基。過去認為β-胡蘿蔔素對人和其他物種僅僅是作為合成維生素A的前體,發現不僅β-胡蘿蔔素是很好的抗氧化劑,而且其他類胡蘿蔔素也是很好的抗氧化劑。組織中胡蘿蔔素低的人群很容易得癌,測量血清中胡蘿蔔素與壽限有很好的相關性(圖5-3)。

4、維生素E與自然壽命

維生素E在細胞膜內可以防止脂質過氧化,但是維生素E是否能促進人的長壽也有爭論。測定若干動物和人血漿中維生素E和基礎代謝率之比及自然壽命勢能之間有很好的相關性(圖5-4),即長壽的人血漿中維生素E的含量最高。

5、維生素C與各種動物的自然壽命

長期以來,人們認為維生素C對人的健康和壽命起著重要作用。與其他物種相反,人不能合成維生素C,這是人類的一個遺傳缺陷。與以上幾種抗氧化劑不同,維生素C與物種的自然壽命勢能沒有明顯的相關性,但在大部分組織中,維生素C含量隨人和動物的年齡增加而減少,這說明維生素C在老化過程中不對壽命的長短起作用。在有氧氣和鐵存在時,維生素C很容易生成毒性很大的抗壞血酸自由基,尿酸可以有效地將鐵從組織中移走,防止生成抗壞血酸自由基,這也許就是為什麼人和長壽類的物種體內有較多的尿酸和較少的維生素C的緣故。

6、谷胱甘肽和自然壽命

谷胱甘肽被認為是最重要的生物組織抗氧化劑之一,然而組織中的谷胱甘肽水平與各種動植物的自然壽命之間並沒有明顯的相關性。但研究表明,人和物種隨年齡增加,組織中谷胱甘肽水平一直呈下降趨勢,如果它的水平下降到年輕時的50%,死亡即將來臨。

除了以上幾種抗氧化劑與物種的壽限有一定關係外,還發現用硫代巴比士酸(thiobarbituric acid,TBA)法測定的等價丙二醛(MDA),與物種的壽限有很好的相關性(圖5-5),即壽限最高的人血清中過氧化水平最低,而一些短壽命的物種血清中脂質過氧化水平則較高。

7、衰老器官中SOD、谷胱甘肽過氧化物酶

一般認為老化是由於氧自由基對細胞進攻引起的不可逆損傷造成的。這一方面可能是由於自由基產生過多;另一方面可能是自由基清除酶活性下降造成的。只要二者失去平衡,就可能導致體內脂質過氧化過多,為此,人們研究了衰老Wistar大鼠主要器官中SOD、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶的活性及脂質過氧化物MDA的含量。結果發現,與年輕大鼠(4個月)相比,老年大鼠(24個月)肝和腎中SOD和谷胱甘肽過氧化物酶活性明顯下降,相反,在心肌中過氧化氫酶活性則有所增加,在其他器官中過氧化氫酶活性下降。奇怪的是在用TBA測量的脂質過氧化水平在幾種器官中都隨年齡而減少。這些結果表明,在肝臟和腎臟中抗氧化保護體系隨老化而減弱;不同抗氧化酶在不同器官中以不同的方式隨老化而改變,它們的活性變化與器官的過氧化程度之間沒有明顯的相關性。因此,MDA含量很難作為衰老的一個特徵指標,必須與其他指標結合起來考慮。

[3]

分類

一、按來源分類:

抗氧化劑按來源分為天然抗氧化劑和合成抗氧化劑兩類。

二、溶解性分類:

  1、油溶性抗氧化劑是指能溶於油脂,對油脂和含油脂的食品起到良好抗氧化作用的物質。常用的有丁基羥基茴香醚(BHA)、二丁基羥基甲苯(BHT)和沒食子酸丙酯(PG)等人工合成的油溶性抗氧化劑;混合生育酚濃縮物及愈創樹脂等天然的油溶性抗氧化劑。

2、水溶性抗氧化劑能夠溶於水,主要用於防止食品氧化變色,常用的包括抗壞血酸及其鈉鹽、異抗壞血酸及其鈉鹽等人工合成品,從米糠、麩皮中提制的天然品植酸即肌醇六磷酸。

3、兼溶性抗氧化劑:硫辛酸 (alpha lipoic acid) 是一種能消除加速老化與致病的自由基、類似維他命的物質,硫辛酸是一種存在於線粒體的酵素,硫辛酸在體內經腸道吸收後XX細胞,兼具脂溶性與水溶性的特性,因此可以在全身通行無阻,到達任何一個細胞部位,提供人體全面效能,是唯一兼具脂溶性與水溶性的萬能抗氧化劑。

三、按作用機理分類:

1.自由基吸收劑:如酚類抗氧化劑,維生素E,類胡蘿蔔素。

2.氧清除劑:如類胡蘿蔔素及其衍生物、抗壞血酸、抗壞血酸棕櫚酸酯、異抗壞血酸和異抗壞血酸鈉等。

3.金屬離子螯合劑:枸櫞酸、EDTA和磷酸衍生物。

4.單線態氧催猝滅劑

5.酶的抗氧化劑(SOD酶)——過氧化物作用除去自由基

6.化學試劑(甲基硅酮)——物理屏壁阻礙氧氣XX,抗氧化

各種抗氧化劑在細胞中的作用

食品中抗氧化劑可以防止各種食品成分的氧化反應。食品氧化可以導致不良褐變和味道改變。抗氧化劑和氧氣反應,因此抵消負面影響。例如:維生素 C (E300 )和維生素 E(E308).在人體內抗氧化劑通過中和「自由基」(細胞代謝的天然副產物)的不良作用來保護主要的細胞物質。氧氣被代謝或被人體燃燒時形成自由基。它們通過細胞運輸,破壞其他分子結構,導致細胞受損。這樣的細胞損壞被認為是衰老和各種健康問題的原因。活躍於人體內的抗氧化劑是維生素 A 、 C 、 E和多酚(植物化學物質,存在於茶和水果中)。 維生素 C 、 E 和 β -胡蘿蔔素(維生素 A的前身)和礦物質硒都具備抗氧化的特性。也就是說它們可以保護細胞膜中的脆弱的蛋白質和脂質,在阻斷高度反應性的氧原子(自由基)的過程中扮演重要角色。自由基是帶有一個或多個不成對電子的分子,抗氧化劑可以清除這些自由基,與其他分子快速反應,起始的鏈反應被稱為氧化。自由基是代謝過程的常規產物,人體會產生自身的抗氧化劑來保持平衡。然而,壓力,年齡老化和環境條件,像空氣污染和吸煙都會增加身體中自由基的數量,從而破壞平衡。極不穩定的自由基可以損害健康的 DNA ,並且與伴隨著老齡化的一些變化相關(比如老年斑的惡化,老年人失明的主要原因),還會導致一系列疾病,如癌症、心臟病和中風。研究表明水果和蔬菜中的天然抗氧化劑具有保護效果。例如:維生素E 和 β -胡蘿蔔素可以保護細胞膜;維生素 C 可以排出細胞內的自由基。

動物營養學:抗氧化劑antioxidant

為防止飼料中某些活性成分被氧化變質而摻入飼料的添加劑。

11比較抗氧化不僅僅是一個概念,對生物體抗氧化的效果是可以量化測定的,作為動物實驗一般是服用抗氧化劑一定時間后,測定血液中的酯質過氧化產物丙二醛MDA變化、以及肝臟勻漿中超氧化物歧化酶SOD和谷胱甘肽過氧化物酶GSH-PX的活力變化。從上述兩種酶和MDA的變化狀況來判定抗氧化的強度及效果。作為人體不可能測肝臟勻漿,可以測定血液或者尿液中的MDA,以及血液中的SOD、GXH-PX來判定抗氧化的效果。

Miki以含亞鐵離子的血紅素蛋白作為自由基產生者,亞油酸為接受者,用硫代巴比妥酸法檢測各受試類胡蘿蔔素及其衍生物和α-生育酚(VE)清除自由基的半數效應劑量ED50見表1

表1蝦青素、部分類胡蘿蔔素和α生育酚清除自由基的值

清除劑 ED50(nmol/L)

蝦青素--------------------------------------------------200

玉米黃質-----------------------------------------------400

角黃質---------------------------------------------------450

葉黃素---------------------------------------------------700

金槍魚黃素--------------------------------------------780

β-胡蘿蔔素--------------------------------------------960

α-生育酚(VE)------------------------------------2940

劉子貽等在研究中比較了蝦殼中提取的蝦青素和α﹣生育酚對防止小鼠肝勻漿產生過氧化作用的結果表明,蝦青素的抗氧化作用較α﹣生育酚強千倍以上。

上述引用於:張曉麗、劉建國 蝦青素的抗氧化性及其在營養和醫藥應用方面的研究2006,Vol.27,No.01《食品科學》

世界公認的最強抗氧化物是黃腐酸,它是一種超強抗氧化、抗自由基、抗衰老劑,比SOD、OTP高几十倍。

12性能與用途1、抗氧劑1010。白色流動性粉末,熔點120~125℃,毒性較低,是一種較好的抗氧劑。他在聚丙烯樹脂中應用較多,是一種熱穩定性高、非常適合於高溫條件下使用的助劑,能延長製品的使用壽命,另外,也可以用於其它大多數樹脂。一般加入量不大於0.5%

2、抗氧劑1076。白色或微黃結晶粉末,熔點為50~55℃,無毒,不溶於水,可溶於苯、丙酮、乙烷和酯類等溶劑。可作為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、ABS和丙烯酸等樹脂的抗氧劑。具有抗氧性好、揮發性小、耐洗滌等特性。一般用量不大於0.5%;可用作食品包裝材料成型用助劑。[4]

3、抗氧劑CA。白色結晶粉末,熔點180~188℃,毒性低,溶於丙酮、乙醇、甲苯和醋酸乙酯。適合於聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、ABS和聚酰胺樹脂中的抗氧助劑,並可用於與同接觸的電線、電纜。一般用量不超過0.5%

4、抗氧劑168。白色結晶粉末,熔點183-186℃,無毒,與樹脂相溶性好,且具有低揮發性、耐抽出性及不污染不變色等特點。是目前國內最優秀的加工穩定劑,它能有效地防止聚合物(聚乙烯、聚丙烯等)在擠出注塑過程中的熱降解,使聚合物保持原有的機械性和耐老化性能。[5]

5、抗氧劑164。白色或淺黃色結晶粉末或片狀物。熔點在70℃,沸點在260℃左右、無毒。用於多種樹脂中,用途廣泛。更適合用於食品包裝成型用料(聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、ABS、聚酯和聚苯乙烯)樹脂中,一般用量為0.01%~0.5%

6、抗氧劑DNP。淺灰色粉末,熔點230℃左右,易溶於苯胺和硝基苯中,不溶於水。適合於聚乙烯、聚丙烯。抗衝擊聚苯乙烯和ABS樹脂,除具有抗氧效能外,還有較好的熱穩定作用和抑制銅、檬金屬的影響。一般用量應不超過2%

7、抗氧劑DLTP。白色結晶粉末,熔點在40℃左右,毒性低,不溶於水,能溶於苯、四氯化碳、丙酮。用於聚乙烯、聚丙烯、ABS和聚氯乙烯樹脂的輔助抗氧劑,可改變製品的耐熱性和抗氧性。一般用量為0.05%~1.5%

8、抗氧劑TNP。淺黃色粘稠液體,凝固點低於-5℃沸點大於105℃,無味,無毒,不溶於水,溶於丙酮、乙醇,。苯和四氯化碳。適合於聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、抗衝擊聚苯乙烯和ABS、聚酯等樹脂,高溫中抗氧化性能高,使用量不超過1.5%。

9、抗氧劑TPP。淺黃色透明液體,凝固點19~24℃,沸點220℃,溶於醇、苯、丙酮。適合於聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和ABS樹脂的輔助抗氧劑,使用量應不超過3%。

10、抗氧劑MB。淡黃色粉末,熔點大於285℃,溶於乙醇、丙酮、醋酸乙酯,不溶於水和苯,適合於聚乙烯、聚酰胺和聚丙烯樹脂的抗氧劑;本品不污染,不著色,可用於白色或艷色製品。用量不超過0.5%。

13研究報道1.天然蝦青素軟膠囊對人體抗氧化功能試驗研究

【摘要】:[目的]探討天然蝦青素軟膠囊對人體的抗氧化作用。[方法]將106例年齡在45~65歲之間的健康志願者按血清丙二醛含量隨機分為受試組和對照組,受試組連續服用受試物90d。測定血清中丙二醛(MDA)含量及超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-PX)活性和安全性指標。[結果]試食后受試組MDA含量明顯下降,自身前後比較差異有統計學意義(P﹤0.01),下降率為3.25%;SOD活性明顯升高,自身前後比較差異有統計學意義(P﹤0.01),升高率為4.59%;GSH-PX活性明顯升高,自身前後比較差異有統計學意義(P﹤0.01),升高率為5.54%。各項安全性指標試驗前後均無明顯改變。[結論]天然蝦青素軟膠囊對人體具有抗氧化作用。

2.黃芩苷的體外抗氧化研究

摘要:目的 研究黃芩苷體外抗氧化作用.方法 取不同濃度的黃芩苷溶液,採用DPPH法測定黃芩苷自由基清除能力,用試劑盒測定黃芩苷抗超氧陰離子和總抗氧化能力,通過檢測尿酸生成來測定黃芩苷對黃嘌呤氧化酶活性的影響等.結果 黃芩苷具有顯著的總抗氧化能力,且呈明顯的量效關係;黃芩苷對自由基和超氧陰離子有較好的清除能力;另外,黃芩苷對黃嘌呤氧化酶(XOD)有抑製作用,黃嘌呤氧化酶催化黃嘌呤氧化生成尿酸的含量隨黃芩苷濃度升高而降低.結論 黃芩苷可以直接清除自由基、超氧陰離子等氧自由基,抑制黃嘌呤氧化酶活性,是良好的抗氧化劑.

參考資料 1. 維基百科

2. 抗氧化劑與健康 .百利生 [引用日期2013-08-28] .

3. 九極保健品之體內的抗氧化劑與物種的自然壽命 .廣東九極保健官網 .2012-11-28 [引用日期2012-11-28] .

4. 常用抗氧劑的性能與用途 .抗氧化劑 [引用日期2012-10-17] .

5. 巴斯夫168抗氧化劑,抗氧劑168 .中國供應商 [引用日期2013-03-27] .

相關文獻電廠汽輪機油添加T501抗氧化劑處理-內江科技-2011年 第2期 (32)

反相高效液相色譜測定食品中酚類抗氧化劑-南京航空航天大學學報:英文版-2011年 第2期 (28)

聚烯烴用新型抗氧化劑分子的設計、合成及性能-高等學校化學學報-2011年 第2期 (32)

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抗氧化劑

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參考資料

1概念2抗氧化劑的歷史3生物體應對氧化挑戰4抗氧化代謝物 4.1概述 4.2尿酸 4.3抗壞血酸 4.4谷胱甘肽 4.5褪黑素4.6生育酚和生育三烯酚(維生素E)5促氧化劑5.1補充抗氧化劑對健康的潛在損害6抗氧化酶系統6.1概述6.2超氧化物歧化酶,過氧化氫酶和過氧化還原酶6.3硫氧還蛋白和谷胱氨肽系統7疾病中的氧化應激8對健康的潛在影響8.1器官功能8.2與飲食的關係8.3體育鍛煉8.4不利影響8.5食品中的抗氧化劑9抗氧化劑在其他領域的應用 9.1食品防腐劑9.2工業用途10自然壽命11比較12性能與用途13研究報道

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1概念①食物中抗氧化劑能夠保護食物免受氧化損傷而變質。

②在人體消化道內具有抗氧化作用,防止消化道發生氧化損傷。

③吸收后可在機體其他組織器官內發揮作用。

④來源於食物的某些具有抗氧化作用的提取物可以作為治療藥品。抗氧化劑的作用機理包括鰲合金屬離子、清除自由基、淬滅單線態氧、清除氧、抑制氧化酶活性等。

舉例:如維生素A、C、E;類胡蘿蔔素(蝦青素、角黃素、葉黃素,β-胡蘿蔔素等);微量元素:硒、鋅、銅和錳等。

2抗氧化劑的歷史為了適應從海洋生物演變為陸地生物,陸生植物開始產生海洋生物所不具有的抗氧化劑比如維生素C、多酚和生育酚。五千萬年到兩億萬年前被子植物植物在進化的過程中發展出了許多抗氧化的天然色素--特別是在侏羅紀時代--作為一種化學手段抵禦光合作用的副產物活性氧類物質。本來抗氧化劑一詞特指那類可以防止氧氣消耗的化學物質。在19世紀末至20世紀初,廣泛研究集中在重要的工業生產過程對抗氧化劑的使用上,比如防止金屬腐蝕、橡膠的硫化、由燃料聚合導致的內燃機積垢等。

生物學對抗氧劑的研究早期集中在是如何使用抗氧化劑來避免不飽和脂肪酸氧化引起的酸敗。可以通過將一塊脂肪置於一個充氧的密封容器后對其氧化速率進行測定的簡單方法度量抗氧化活性。然而隨著具有抗氧化作用的維生素A、C、E的發現和確認,人們意識到抗氧化劑在生物體內起到生化作用的重要性。當認識到具有抗氧化活性的物質可能本身就容易被氧化的事實后,對抗氧化劑可能作用機理的探索首先開始。通過研究微生素E如何防止脂質過氧化,明確了抗氧化劑作為還原劑通過與活性氧物質反應來避免活性氧物質對細胞的破壞,達到抗氧化的效果。[1]

3生物體應對氧化挑戰詳情查看: 氧化應激

對於生物體的代謝有一種自相矛盾的情況,雖然大部分地球上的生物需要氧氣來維持生存,但同時氧氣又是一種高反應活性的分子,可以通過產生活性氧物質破壞生物體。所以生物體中建立了一套由抗氧化的代謝產物和酶構成的複雜網路系統,通過有抗氧化作用的代謝中間體和產物與酶之間的協同配合使得重要的細胞成分比如DNA、蛋白質和脂類免受氧化損傷。抗氧化系統大體上通過兩種方式實現抗氧化作用,一種是通過阻止活性氧物質的產生來實現的,另一種是在這些活性物質對細胞的重要成分造成損傷之前清除它們來達到抗氧化作用的 。然而這些活性氧物質也有重要的細胞功能,比如在生化反應中充當氧化還原信號分子。因此生物體中抗氧化系統的作用不是氧化性物質徹底地全部清除,而是將這些物質保持在適當的水平。

在細胞內產生的活性氧物種包括過氧化氫(H2O2)、次氯酸(HClO)、自由基例如羥基自由基(·OH)和超氧化物陰離子(O2) 。羥基自由基特別不穩定,能無特異性地迅速與大多數生物分子反應。這類物種主要是由金屬催化過氧化氫還原(比如芬頓反應)產生的 。這些氧化劑通過引發鏈反應比如脂質的過氧化反應、或氧化DNA和蛋白質破壞細胞。受到損害的DNA如果沒有得到修復會引起突變、誘發癌症。對蛋白質造成的損傷會使酶的活性受到抑制、蛋白質發生變性或降解。

人體新陳代謝產生能量的過程中需要消耗氧氣生成活性氧物種。這個過程中,電子傳遞鏈的幾個步驟能產生副產物超氧化物陰離子。特別重要的是複合物III中的輔酶Q在被還原的過程中會變成了高活性的自由基中間體(Q·)。這種不穩定的中間體會發生電子的「泄漏」(丟失電子),「泄漏」的電子跳出正常的電子傳遞鏈,直接將氧分子還原生成超氧負離子。過氧化物也可以由還原態的黃素蛋白比如複合體Ⅰ的氧化產生。然而,儘管這些酶會生成氧化劑,但是目前尚不清楚電子傳遞鏈相比其他同樣可以產生過氧化物的生化過程是否更為重要。在植物、藻類和藍菌進行光合作用的過程中尤其是在高輻照強度下,同樣會產生活性氧物種,但是類胡蘿蔔素作為光保護劑吸收過度強光保護細胞,藻類、藍菌中所含的大量碘和硒也能抵消高輻照強度對細胞造成的氧化損傷,類胡蘿蔔素、碘和硒作為抗氧化劑通過與被過度還原的光合反應中心反應避免活性氧物種的產生。[1]

4抗氧化代謝物 概述 根據溶解性抗氧化劑可分為兩大類:水溶性抗氧化劑和脂溶性抗氧化劑。水溶性抗氧化劑通常存在於細胞質基質和血漿中,脂溶性抗氧化劑則保護細胞膜的脂質免受過氧化 。這些化合物或在人體內生物合成或通過膳食攝取。不同抗氧化劑以一定範圍的濃度分佈于體液和組織中 。谷胱甘肽和輔酶Q10主要存在於細胞中,而其他抗氧化劑比如尿酸它們的分佈更為廣泛(詳見下表)。一些抗氧化劑由於既有抗氧化作用也是重要的病原體和致病因子所以只存在於某些特定機體組織中。

一些化合物通過與過渡金屬配位螯合來阻止金屬在細胞中催化自由基的產生,從而起到抗氧化防禦的作用。這種抗氧化防禦手段中特別重要的一點是要將鐵離子通過配位螯合隔離起來,因為鐵離子是一些鐵結合蛋白(iron-binding proteins)比如運鐵蛋白和鐵蛋白能發揮作用的關鍵。硒和鋅通常被認為是抗氧化營養素(antioxidant nutrients),這兩種元素本身沒有抗氧化作用但會對一些抗氧化酶的活性起到作用。[1]

抗氧化代謝產物溶解性人血清中的濃度(μM)肝組織中的濃度(μmol/kg)抗壞血酸 (維生素C)

水溶性

50 – 60

260 (人體)

谷胱甘肽

水溶性

4

6,400 (人體)

硫辛酸

水溶性

0.1 – 0.7

4 – 5 (白鼠)

尿酸

水溶性

200 – 400

1,600 (人體)

胡蘿蔔素

脂溶性

β-胡蘿蔔素: 0.5 – 1視黃醇 (維生素A): 1 – 3

5 (人體,全部胡蘿蔔素)

α-生育酚 (維生素E)

脂溶性

10 – 40

50 (人體)

泛醌 (輔酶Q)

脂溶性

5

200 (人體)

尿酸 尿酸是血液中濃度最高的抗氧劑。尿酸是嘌呤代謝的中間產物,由黃嘌呤通過黃嘌呤氧化酶氧化產生,是一種有抗氧化性的氧嘌呤(oxypurine)。在大部分陸地動物體內,尿酸氧化酶可催化尿酸進一步氧化成尿囊素,但人和一些高級靈長類動物的尿酸氧化酶基因不發揮作用,所以尿酸在體內不會進一步分解。尿酸氧化酶功能在人類進化過程中丟失的原因仍是一個有待探討的問題。尿酸的抗氧化性使研究者們推測這種突變有利於早期的靈長類動物和人類 。對生物高海拔環境適應性的研究結果支持這樣一種假設:尿酸作為抗氧化劑可以緩解由高原低氧引發的氧化應激。在氧化應激所促發疾病的動物實驗中發現尿酸可以預防或緩解疾病,研究者們將其歸因於尿酸的抗氧化特性。關於尿酸抗氧化機理的研究結果也支持這一提議 。

對於多發性硬化症,Gwen Scott解釋了尿酸作為抗氧化劑對於多發性硬化症的重要意義,血清中的尿酸水平與多發性硬化症的發生率呈相反的關係,因為多發性硬化症的病人血清中的尿酸水平低,而患有通風的病人很少患有這種疾病。更重要的是尿酸可用於治療實驗性質的變態反應性腦脊髓症--一種多發性硬化症的動物模型。總之,雖然尿酸作為抗氧化劑的機理是得到很好支持的,但聲稱體內尿酸水平影響患多發性硬化症風險的這一說法仍存爭議 且需要更多的研究。

尿酸是所有血液抗氧化劑中濃度最高的,人血清中總抗氧化能力的一半是由它貢獻的。尿酸的抗氧化活性很複雜,它不能與一些氧化劑比如超氧化物反應,但能對過氧亞硝基陰離子(peroxynitrite)、過氧化物和次氯酸起到抗氧化作用。[1]

抗壞血酸 抗壞血酸或稱維生素C是植物和動物體內的單糖氧化-還原催化劑。在靈長類動物的進化過程中,突變的發生使得機體中一種用於合成維生素C所必需的酶丟失,所以人類必須從飲食中攝取維生素C。其他大部分動物都具備在體內合成維生素C的功能因而無需通過食物補充。通過氧化L-脯氨酸殘基得到4-羥基-L-脯氨酸可將前膠原(procollagen)轉化為膠原蛋白,這個過程需要維生素C的參與,氧化后的維生素C在其他細胞中經蛋白二硫鍵異構酶(protein disulfide isomerase,PDIA)和谷氧還原酶(glutaredoxins)的催化被谷胱甘肽還原。維生素C是一種有還原性的氧化還原催化劑,可中和諸如過氧化氫這類的活性氧物種。維生素C除了有直接的抗氧化效果外,它也是還原酶抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase)的底物,這種酶對植物的抗逆性有特別重要的作用。維生素C以較高的含量普遍存在於植物的各個部位中,特別是在葉綠體中的濃度可以高達20mmol/L。[1]

谷胱甘肽 谷胱甘肽是一種含有半胱氨酸的多肽,存在於多數需氧生物體內。它不能從膳食中攝入而是在細胞內從相應的氨基酸合成而來。由於半胱氨酸上的巰基具有還原性,能在氧化后再被還原,所以谷胱甘肽有抗氧化功能。在細胞內,谷胱甘肽在被一些代謝物和酶比如谷胱甘肽-抗壞血酸循環(Glutathione-ascorbate cycle)中的抗壞血酸鹽、谷胱甘肽過氧化物酶、谷氧還蛋白氧化或直接和一些氧化性物質反應后,可被谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase)還原恢復回還原態。鑒於它在細胞內的高濃度和在細胞氧化還原態中所扮演的中心角色,谷胱甘肽是最重要的細胞抗氧化劑之一。在一些生物體中谷胱甘肽會被其他一些含巰基的多肽所代替,比如在放線菌中被mycothiol(AcCys-GlcN-Ins)替代、在革蘭氏陽性菌中被bacillithiol(Cys-GlcN-mal)替代、在動質體中被錐蟲基硫(Trypanothione)替代。[1]

褪黑素褪黑素是一種強大的抗氧化劑。它可以輕易的穿過細胞膜和血腦屏障,和其他抗氧化劑不同,它不參與到還原循環(Redox Cycling)中。像維生素C這種參與氧化還原循環中的抗氧化劑可能會起到促氧化劑的作用從而促進自由基的形成。褪黑素一旦被氧化就不能還原回去,因為氧化后的褪黑素會與自由基形成幾種穩定的最終產物。因此褪黑素被稱作終端抗氧化劑(terminal antioxidant) 。[1]

生育酚和生育三烯酚(維生素E)維生素E是由生育酚和生育三烯酚構成的8種相關化合物的統稱,它們是一類具有抗氧化功能的脂溶性維生素。在這類化合物中,由於人體優先吸收和代謝α-生育酚,所以α-生育酚的生物利用度最大,也是已經被研究的最多的。

據稱α-生育酚是最重要的脂溶性抗氧化劑。它清除遊離的自由基中間體並且停止自由基的鏈增長,以此保護細胞膜免受有過氧化鏈反應產生的過氧化脂質的破壞,由此產生的氧化態α-生育酚自由基可被其他抗氧化劑比如維生素C、視黃醇或泛醇還原,使其重新回到活性還原態繼續起到抗氧化作用。相關研究發現是α-生育酚而非水溶性抗氧化劑起到有效保護缺少谷胱甘肽過氧化物酶4(GPX4)的細胞避免其死亡的作用,而GPX4是已知的唯一一種能有效減少生物膜中過氧化脂質的酶,這一研究發現與α-生育酚的細胞膜抗氧化作用是一致。

但是還尚不清楚其他的幾種維生素E在抗氧化作用中的角色和重要性 。儘管γ-生育酚作為親核試劑可以和親電性的誘突變物質反應,而生育三烯酚對於保護神經元免受損壞起到重要作用,但是對於除α-生育酚外的其他幾種維生素E在抗氧化方面的作用仍知之甚少。[1]

5促氧化劑起到還原劑作用的抗氧化也能扮演促氧化劑(pro-oxidant)的角色。比如維生素C通過還原有氧化性的過氧化氫起到抗氧化作用,然而維生素C也能通過芬頓反應(Fenton reaction)先將將高價態的過渡金屬離子還原,之後被還原的金屬離子通過反應產生自由基。[1]

補充抗氧化劑對健康的潛在損害某些抗氧化劑的不適當補充會誘發疾病和增加人的死亡幾率。有假設認為,體內的自由基能誘導啟動內源XX來對抗外源的自由基(也可能是其他毒性物質)使人體受到保護。最近的實驗證據也有力地確實確實如此,內源性自由基產生的誘導作用使得秀麗隱桿線蟲的壽命延長 。這些有毒性的自由基在低濃度時可能有毒物興奮效應,能起到延長壽命和促進健康的效果,而補充過量的抗氧化劑則會淬滅這些對健康起到積極作用的自由基。[1]

6抗氧化酶系統概述和化學抗氧化劑的作用一樣,有多種抗氧化酶相互作用所構成的網路能保護細胞免受氧化應激的損害。比如氧化磷酸化過程釋放出的過氧化物首先被轉變成過氧化氫,接著被還原成水。在這個解毒過程是多種酶協同作用的結果,第一步超氧化物轉變成過氧化氫的過程是在超氧化物歧化酶的催化下完成的,接著由多個不同的過氧化物酶來負責清除過氧化氫。和抗氧化代謝物在抗氧化過程中需要相互協作配合一樣,在抗氧化酶的防禦機制中這些酶之間也需要相互協調配合,不能單獨發揮作用,這也是從研究只缺少某一種抗氧化酶的轉基因小鼠的過程中認識到的。[1]

超氧化物歧化酶,過氧化氫酶和過氧化還原酶超氧化物歧化酶是一類與催化超氧化物陰離子分解產生氧氣和過氧化氫密切相關的酶。

過氧化氫酶是一種以鐵或錳為輔助因子、可催化過氧化氫分解成水和氧氣的酶。它們存在於大多數真核生物細胞的過氧化物酶體中。

過氧化還原酶(Peroxiredoxins)是一類可催化還原過氧化氫、有機過氧化物和過氧亞硝基陰離子的過氧化物酶。它可分為三類:典型的2-半胱氨酸過氧化物還原酶、非典型的2-半胱氨酸過氧化物還原酶和1-半胱氨酸過氧化物還原酶。[1]

硫氧還蛋白和谷胱氨肽系統硫氧還蛋白(Thioredoxin)體系包括12千道爾頓的硫氧還蛋白和與之相伴的硫氧還蛋白還原酶。

谷胱甘肽體系包括谷胱甘肽、谷胱甘肽還原酶、谷胱甘肽過氧化物酶和谷胱甘肽S-轉移酶。這個抗氧化酶體系存在於植物、動物和微生物中。[1]

7疾病中的氧化應激氧化應激被認為與多種疾病例如老年痴呆症 、帕金森氏症,這此病理系引發於糖尿病、由糖尿病引起的併發症、類風濕性關節炎 和肌萎縮性脊髓側索硬化症引發的神經退行性變(neurodegeneration)有關。對於其中的大部分疾病尚不清楚是否是由氧化劑所引發的,或者是作為這些疾病的次生後果來自一般組織的損傷。

氧化反應對DNA的損傷能引發癌症。比如超氧化歧化酶、過氧化氫酶、谷甘胱肽過氧化物酶、谷胱甘肽還原酶、谷胱甘肽S-轉移酶等幾種抗氧化酶能保護DNA免受氧化應激的損害。這些酶的多態性與DNA損傷有關並提高個體的癌症易感性風險。[1]

8對健康的潛在影響器官功能因為大腦的新陳代謝速率很快且腦部都大量的不飽和脂質,這些脂質易成為脂質過氧化反應的目標,所以大腦是非常容易受到氧化損傷的侵害。抗氧化劑因此作為藥物可用於治療各類腦部損傷。超氧化物歧化酶的類似物(superoxide dismutase mimetics)、丙泊酚和硫噴妥鈉能被用於治療再灌注損傷(reperfusion injury )和創傷性腦損傷(traumatic brain injury) 。Cerovive和依布硒(Ebselen)作為試驗性藥物用於中風的治療。這些藥物似乎可以避免神經元的氧化應激、防止細胞凋亡和神經損傷。[1]

與飲食的關係多吃水果和蔬菜[2]的人患心臟病和一些神經疾病的風險更低,也有證據顯示一些蔬菜和水果可能降低患癌症的風險。因為水果和蔬菜是營養素和植生素的來源,由此推測抗氧化化合物可能會降低罹患一些疾病的風險。這個推斷通過幾種有限的方式進行了臨床試驗,結果顯示此觀點似乎不能成立,因為試驗顯示補充抗氧化劑對降低患某些慢性疾病比如癌症和心臟病的風險沒有明顯的效果。這暗示了從食用蔬菜和水果所帶來的健康益處來源於水果和蔬菜中的其他成分(比如膳食纖維)或來自一個複雜的混合成分。比如富含黃酮的食物具有的抗氧化效果似乎應歸功於食物中的果糖而非食物本身所含的抗氧化劑,果糖起了誘導體內增加合成抗氧化劑尿酸的作用。

血液中低密度脂蛋白的氧化被認為對造成心臟病起到了作用,最初的觀察研究發現攝入維生素E能降低患心臟病的風險。因此後來開展至少七個大型的臨床試驗來測試補充抗氧化劑維生素E的效果,補充的維生素劑量從每天50mg至每天600mg,這些試驗無一結果顯示維生素E的補充會對死亡總人數或因心臟病死亡的人數造成顯著性差異。進一步的研究也獲得了同樣結果。還不清楚在這些研究中所用的或在大多數膳食補充劑中所含的維生素E劑量是否

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