活性氧物種（Reactive oxygen species）

活性氧物種（Reactive oxygen species）
國立新莊高級中學陳偉民退休教師

活性氧物種（縮寫為ROS）是指含氧之化學活性分子，其中包括過氧化氫（H₂O₂）、次氯酸（HClO）、羥基自由基（HOŸ）、單線態氧（¹O₂）等。ROS是在正常新陳代謝後，由氧形成的天然副產品，在細胞訊息傳遞（cell signaling）及體內平衡（homeostasis）方面扮演重要的角色。然而在外界環境屬於逆境時（如暴露在紫外線及高溫下），ROS的濃度會急劇升高。這種現象會對細胞結構造成明顯損害，長期累積下來，就形成氧化損傷（oxidative stress）。ROS也可能源自外來因素，如電離輻射（ionizing radiation）。

訊息傳遞與損害之效應

在正常的情況下，細胞會用一些酶對抗ROS之損害，如α-1-微球蛋白（alpha-1-microglobulin）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutases）、過氧化氫酶（catalases）、乳過氧化物酶（lactoperoxidases）、麩胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidases）以及過氧氧化還原蛋白（peroxiredoxins）。小分子的抗氧化劑如抗壞血酸（維生素C）、生育酚（維生素E）、尿酸及穀胱甘肽（glutathione）在作為細胞抗氧化劑方面，也扮演重要的角色。多酚抗氧化劑也有類似功能，可經由清除自由基而防止ROS造成傷害。比較起來，細胞外的抗氧化劑功能較小，例如人體最重要的血漿抗氧化劑是尿酸。

有許多種ROS對細胞新陳代謝造成的效應，已經充分被研究。這些效應不但包含ROS在細胞凋亡（apoptosis）中的角色，也有些正面的效應，如引發基因的主體防禦，以及啟動離子運輸系統。這也代表ROS可作為生物體的傳訊者，這種現象稱為氧化還原訊息傳遞（redox signaling）。特別的是：血小板在參與傷口的修復及調整體內血液平衡時，會釋放ROS，召集更多血小板到受傷的部位。此時也會經由召集白血球，調整免疫系統。

為回應許多發炎現象，包括心血管疾病，活性氧物種會參與細胞活動。動物與人體各式各樣的聽力障礙，無論是高音量引發的耳蝸受損、順鉑等藥物的耳毒性，或先天耳聾，都與活性氧物種有關。細胞凋亡及缺血性損傷，如中風及心肌梗塞，也與活性氧物種的氧化還原訊息傳遞有關。

一般而言，活性氧物種所造成的傷害中，最常見的有：

1. DNA的損害。

2. 脂質中不飽和脂肪酸的氧化（脂質過氧化反應）。

3. 蛋白質中胺基酸的氧化。

4. 輔因子的氧化反應而造成特定酶的氧化性鈍化作用。

細胞內的產生方式

自由基主要是在胞器（organelle）──例如粒線體──內產生，並釋放到胞質液中。粒線體幫細胞把能量轉化成有用的形式，腺苷三磷酸（ATP）。產生ATP的過程稱為氧化磷酸化（oxidative phosphorylation），其中涉及利用電子傳遞鏈（electron transport chain）運輸質子（氫離子），使質子穿過粒線體內膜。在電子傳遞鏈中，經由一系列蛋白質的氧化還原反應傳遞電子，鏈上的每一個受體蛋白質之還原電位，都比前一個受體蛋白質的還原電位高。電子沿著這條鏈傳送的終點，是一個氧分子。在正常條件下，氧分子被還原，而產生水，然而沿著這條鏈傳遞的電子中，有0.1~2 %使氧過早且不完全還原（這個數據是對隔離的粒線體研究而得來的，在活體中準確的比率仍未獲科學界的共識），而產生超氧自由基（·O₂^–）。超氧化物本身的活性並非特別大，但它可以使特定的酶鈍化，或者它的質子化形式──過氧化氫基（HO₂·）──啟動脂質過氧化反應。

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參考資料：

1. 活性氧物種http://en.wikipedia.org/wiki/Reactive_oxygen_species

2. B. Rada, T. Leto, Contrib Microbiol. 2008, 15, 164-187

3. G. E. Conner, M. Salathe, R. Forteza, Am J Respir Crit Care Med. 2002,166, 57-61