自由基與活性氧化物 ─ 上

自由基與活性氧化物 (Free radical & reactive oxygen species) 上
臺中市雙十國中自然領域王淑卿教師

自由基（free radical）又稱游離基或稱活性氧化物（reactive oxygen species, ROS），是指能獨立存在並具有一個或一個以上不成對電子的離子、原子或分子。

生物組織細胞必須仰賴粒線體進行呼吸作用以獲得能量，在氧化的反應過程約有 \(2\sim 3\%\) 的氧氣會變成活性氧化物。氧氣在代謝過程會因多得到一個電子不成對而形成極活潑不穩定的超氧化物自由基（superoxide radical）。

自由基有不配對的電子，故極易與體內其他分子發生反應，搶奪對方的電子，被搶走的分子又變成不穩定的自由基，再搶奪其他分子的電子，而形成更多自由基，稱為自由基連鎖反應。甚至一些較不具活性的自由基也會因交互的連鎖反應而產生活性更強的自由基。

圖一  氧及其衍生物。因為H₂O₂中的 O－O 鍵結很弱容易均裂，而成為羥自由基（hydroxyl radical）

自由基是生物體代謝的必然產物，活性比氧氣強，下列 5 種是其中活性特強且極易破壞細胞組織的自由基：

1. 單一態氧¹O₂（singlet oxygen）：活性比氧氣高，容易破壞細胞。
2. 超氧化自由基O₂^–˙（superoxide anion radical）：是人體內最多的自由基。
3. 過氧化氫H₂O₂（hydrogen peroxide）：由超氧化自由基代謝後所產生。
4. 氫氧自由基．OH（hydroxyl radical）：是破壞力最強的自由基。
5. 脂質過氧化自由基LOO‧（lipid hydroxide）：自由基破壞脂質後的產物。

其產生的來源主要可分為體內代謝與外物侵入兩大類：

1. 體內代謝：屬於自生性，在細胞粒線體中電子傳遞鏈（electron transport chain）、過氧化酶（peroxidase）和細胞色素 P450（cytochrome P-450）等代謝過程會自然產生自由基，熬夜、焦慮、生活不正常和心理壓力也會產生。自由基活性很大，極易與其他物質反應，包括體內有用的維生素、核酸、酵素、荷爾蒙、抗體等，甚至外來的病菌、異物或是受感染的細胞。
2. 外物侵入：屬於外來性，如油炸食物、精緻加工食品、過量飲酒、人工色素、防腐劑及芳香劑等，或接觸污染環境，如酸雨、抽煙、清潔劑、除草劑、殺蟲劑、冷媒、放射線、紫外線及噪音等，或手機、電磁爐及微波爐等的磁場，還包括水污染和空氣污染等，都會經由消化與呼吸系統或皮膚接觸後進入人體產生大量自由基。

自由基究竟是有利還是有害呢？自由基對生物體有好處，體內自然形成適量的自由基可成為預防或抵禦疾病的利器，有些則會參與細胞內的重要代謝，例如生物遭病毒、細菌、黴菌或異物感染後，巨噬細胞（macrophages）經由酵素的催化會釋放自由基一氧化氮（NO），可破壞病菌、異物或受感染的細胞，甚至癌細胞。治療癌症的化療和電療也是刺激身體產生自由基以殺死癌細胞，但過量自由基反而又傷害人體正常細胞。

一氧化氮分子很小，很容易穿過血管內皮細胞的細胞膜，血管周圍的平滑肌細胞接收訊息後會舒張，造成血管擴張，讓大量血液通過，例如勃起的功能。神經系統也可接受一氧化氮刺激而增強其作用。然而，自由基一旦過量會造成自由基連鎖反應，尤其與細胞內重要物質蛋白質、碳水化合物、脂質和核酸等進行氧化，造成正常細胞傷害並失去功用，也會導致DNA破壞，引起突變、癌症或慢性病，甚至老化。

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