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自由基
自由基（freeradical），化学上也称为“游离基”，是含有一个不成对电子的原子团。由于原子形成分子时，化学键中电子必须成对出现，因此自由基就到处夺取其他物质的一个电子，使自己形成稳定的物质。在化学中，这种现象称为“氧化”。
我们生物体系主要遇到的是氧自由基，体内活性氧自由基具有一定的功能，如免疫和信号传导过程。但过多的活性氧自由基就会有破坏行为，导致人体正常细胞和组织的损坏，从而引起多种疾病。如心脏病、老年痴呆症、帕金森病和肿瘤。此外，外界环境中的阳光辐射、空气污染、吸烟、农药等都会使人体产生更多活性氧自由基，使核酸突变，这是人类衰老和患病的根源。
目录
自由基反应
存在空间
特性及种类
自由基与疾病
自由基与衰老
自由基与运动
如何降低自由基对人体的危害
自由基清除剂
天然抗氧化剂
研究展望
参考资料
自由基反应
有机化合物（Organiccompounds）
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抗氧化食物
发生化学反应时，总是伴随着一部分共价键（covalentbond）的断裂和新的共价键的生成。共价键的断裂可以有两种方式：均裂（homolyticbondcleavage）和异裂（heterolyticcleavage）。键的断裂方式是两个成键电子在两个参与源自或碎片间平均分配的过程称为键的均裂。两个成键电子的分离可以表示为从键出发的两个单箭头。所形成的碎片有一对未成对电子，如H?，CH?，Cl?等。若是由一个以上的原子组成时，称为自由基（Radicals）。因为它有未成对电子，自由基和自由原子非常的活泼，通常无法分离得到。不过在许多反应中，自由基和自由原子以中间体的形式存在，尽管浓度很低，存留时间很短。这样的反应称为自由基反应（radicalreactions）。
当一个稳定的原子的原有结构被外力打破，而导致这个原子缺少了一个电子时，自由基就产生了。于是它就会马上去寻找能与自己结合的另一半。它活泼，很容易与其他物质发生化学反应。
当它与其他物质结合的过程中得到或失去一个电子时，就会恢复平衡，变成稳定结构。这种电子得失的活动对人类可能是有益的也可能是有害的。所以说自由基是一把双刃剑。认识自由基，了解自由基对人体的作用，对健康十分必要。
存在空间
科学家在二十世纪初从烟囱和汽车尾气中发现了这种十分活跃的物质。随后的研究表明，自由基的生成过程复杂多样，比如，加热、燃烧、光照，一种物质与另一种物质的接触或任何一种化学反应都会产生自由基。在日常生活中与您最亲密接触的渠道便是您烹制美味的菜肴时或您点燃一只烟醉心于吞云吐雾时，您精心使用化妆品打扮时，自由基就悄悄地蔓延开来了。
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抗氧化护肤品
自由基的种类非常多，自由基的存在的空间也是无处不在。它们以不同的结构特征，在与其他元素结合时，发挥着不同的作用。人体里也有自由基，他们既可以帮助传递维持生命活力的能量，也可以被用来杀灭细菌和寄生虫，还能参与排除毒素。受控的自由基对人体是有益的。但当人体中的自由基超过一定的量，并失去控制时，这种自由基就会给我们的生命带来伤害。
生命体内的自由基是与生俱来的，既然生命能力历经35亿年沧桑而延续至今，就说明生命本身具有平衡自由基或者说清除多余自由基的能力。然而，随着人类文明的飞速发展，特别是最近一百年来，在科学技术给人类创造了巨大生产力的同时也带来了大量的副产品，其中就有与日俱增的自由基。化学制剂的大量使用、汽车尾气和工业生产废气的增加、还有核爆炸……，人类文明活动还在不断破坏着生态环境，制造着更多的自由基。骤然增加的自由基，早已超过了人以及生命所能正常保持平衡的标准，早已让人类应接不暇，人类健康面临着前所未有的严峻挑战。因此，认清自由基对人体的危害，对人类的健康有着十分重要的意义。
特性及种类
在正常的生命过程中自由基为维持生命所必需，但自由基也是生物大分子、细胞和生物组织的危险杀手。对正常的生理情况，体内自由基不断地产生，也不断地被抗氧化剂所清除，使之维持在一个正常的生理水平上，过多或过少都会给机体造成损伤。在某些病理情况下，自由基的产生和消除失去了平衡，就会导致各种疾病的发生或衰老。
我们生物体系主要遇到的是氧自由基，例如超氧阴离子自由基、羟自由基、脂氧自由基、二氧化氮和一氧化氮自由基。加上过氧化氢、单线态氧和臭氧，通称活性氧。Michaelis认为，生物体内氧化反应分为两步，但某些氧化反应却可产生中间产物-半醌，这种中间产物带有不成对电子。根据Hund原则，电子在等能量轨道中充填时，将尽可能以相同方向的自旋分别占据不同轨道，这样一来，在原子的电子层结构中就会出现不成对电子或成对电子。具有不成对电子特性的基团被称作自由基。一般自由基存在时间极短，单电子极易成对，因此化学性能不稳定。带成对电子的分子、原子或离子可以通过均裂法和电子俘获法转变成自由基；反之，带有不成对电子的分子、原子自由基也可与另一自由基发生化合反应。所有自由基都有顺磁特性，即不成对电子存在自旋产生的磁矩。根据这一特性，采用电子顺磁共振（EPR）可以直接检测出生物、材料及化合物中的自由基。
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超氧化物歧化酶（SOD）
Fridovich等发现在生物氧化过程中，氧分子在接收单电子反应时，少部分会衍生为O2-、H2O2、?OH。其中?OH可引发脂类过氧化，产生脂类过氧化物。脂类过氧化物自由基的相互作用还可产生一线态氧。这些超氧化物自由基及衍生物-活性氧对机体十分有害。常见生物体内内源性自由基有以下几种：
超氧阴离子自由基（O2-）：超氧阴离子自由基是生物体内最主要的自由基。用EPR仪可以得到O2-的电子顺磁共振波谱。生物体内O2无论是在非酶反应或酶反应中都可以通过接收电子的方式氧化生成O2-，而O2-又可诱导体内超氧化物歧化酶（SOD）使O2-及时得到清除。
羟自由基（?OH）：羟自由基（?OH）化学性质极为活泼，可与多种有机物或无机物反应，反应速度快。在水中寿命极短。采用自旋捕捉法可以间接检测出?OH的存在。在体内有些羟化类药物，醌型抗肿瘤药物及某些生物酶如：黄嘌吟氧化酶、前列腺素合成酶等可以产生?OH，一些物理因素如电离辐射光照等也可产生?OH。加铁离子结合剂如：脱铁酶可以减轻或消除?OH。
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清除自由基的食物
脂类过氧化物自由基：脂类不饱和脂肪酸（RH）可以过氧化，在脂类过氧化的过程中产生R?、ROO?等自由基及ROOH。一般认为不饱和脂肪酸不能直接与氧分子发生反应，脂类氧化物可通过活性氧?OH、1O2及Fe2复合物、臭氧（O3）等引起不饱和脂肪酸的氧化生成R?、RO2?及ROOH。RO2?与RO?均为含氧的有机自由基，化学性质活泼且寿命相对较长，通过测定脂肪酸的丧失量可以了解脂肪酸脂类过氧化程度，谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）可清除脂类过氧化物。
活性氧对生物机体可产生一系列的有害作用，例如进攻多聚不饱和脂肪酸可引起脂质过氧化，导致生物膜结构和功能的改变，损伤蛋白质的巯基和氨基可使蛋白质变性、交联，使酶的活性丧失。损伤DNA可导致细胞突变，种种有害后果与许多疾病的发生有着密切的关系。因此，生物体内活性氧的生成与清除的平衡对生命过程的正常进行是十分重要的。
自由基与疾病
自由基反应可引起细胞广泛损伤，与炎症、肿瘤、免疫性疾病、衰老等关系密切，可引发心、脑、肝、肾等各脏器病变，严重危害人类健康。
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自由基与疾病
自由基对机体的损伤主要有：
（l）使脂质过氧化而破坏细胞膜和细胞器膜；
（2）与蛋白质巯基或色氨酸残基反应，导致蛋白质功能或酶活性丧失，引起蛋白质分子聚合和交联；
（3）破坏核酸的结构、攻击嘌呤与嘧啶基，导致变异的出现与蓄积。
自由基对细胞的破坏性作用，似乎是从引起膜脂质过氧化开始，脂质过氧化作用是类脂中不饱和脂酸发生一系列自由基反应的结果，多不饱和脂酸含有邻近双键碳的α-甲烯碳和其上的丙烯氢间的碳氢键的键能小，处于部分活化状态，易于发生均裂；丙烯氢易被自由基，如氧化性极强的?OH与1O2抽提，并由此产生加成反应，在α-甲烯碳原子形成自由基中心，致使不饱和脂酸本身形成了自由基，双键共扼化与O2结合即形成过氧化脂酸，过氧化脂酸自由基有自身催化作用，可与另一分子不饱和脂酸反应使之成为自由基，因而是一种链锁反应，只要有一个?OH，即可使许多不饱和脂酸氧化，最后导致分解为醛、醇、酮等低分子物。同时膜中脂质双层区是非极性的，氧在其中的溶解比极性基质中大7-8倍；催化LOOH均裂的金属络合物如血红素也易溶解在非极性区，为膜脂的过氧化创造了客观条件，而且自由基又使膜中GSH氧化，更加剧了脂质过氧化。
脂质过氧化引起生物膜整体流动性、通透性、不对称性和完整性破坏，膜蛋白交联直至溶酶体破裂水解酶释出，到整个细胞瓦解，血管特别是微血管常是损伤最早的部位，内皮细胞溶酶体激活（破裂），引起细胞实质性坏死，可发生血管栓塞、心肌梗死等疾病。冠心病、高血压病是心血管内科的两种常见病，两病的发病机理目前仍不清楚，但病人血浆中氧自由基及脂质过氧化物增强是引起两种疾病的重要原因之一。近几十年来，大量文献表明氧自由基在眼的疾病和衰老过程中起着重要作用，特别是在白内障、眼睛炎症、腊样质、脂褐质、药物诱导视网膜病和眼球铁质沉着中的作用，更是引人注意。另外，自由基和脂质过氧化还与肺损伤、艾滋病、癌症、肾病、糖尿病的发生有密切关系，所以寻找消除自由基及抗氧化药物对于保护人类健康具有重大意义。
肝脏是机体重要的代谢器官，其功能复杂，不仅参与物质的代谢还与解毒、吞噬等功能有关。肝细胞含有丰富的酶，并合成许多酶和某些凝血因子，贮存和释放造血因子，参与血液凝固和造血过程。肝具有强大的再生和代偿能力，轻度损伤往往不致造成肝功能障碍，但当肝严重损伤且代偿能力降低时则发生明显的肝功能障碍和肝功能不全，造成物质代谢紊乱，毒物堆积，严重时危及生命。现在研究发现肝脏缺血再灌流损伤、酒精性肝病及一些化学试剂（如铁、铅、铝、苯和四氯化碳等）中毒所致的肝脏损害都与自由基有关。
自由基与衰老
衰老是生命过程中的正常现象，
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自由基与衰老
近来致力于衰老问题研究的学者日益增多。衰老问题是一涉及面很广的学科，从不同侧面研究生命衰老过程，形成了衰老的有害物质积累学说，内分泌功能减退学说、大分子交联学说、衰老的基因学说和衰老的自由基学说等多种学说，而其中衰老的自由基学说日益受到人们的重视。
1956年，Harman在分子生物学基础上首先提出了自由基学说，他认为机体的基础代谢和平均寿命的高低、线粒体的老化、免疫功能的降低及一些老年性疾病的发生都与自由基密切相关。许多研究也证实，体内自由基含量是随着年龄增长而积累的，但体内产生抗氧化剂和氧化酶能力却随年龄逐渐下降。且这种自由基代谢失衡现象从生命早、中期就已开始。因此，具有抗氧化活性的药物可减少自由基对机体的损伤，延缓衰老的过程。Hanman曾用抗氧化剂作为食物添加剂，明显延长了小鼠的平均寿命。
自由基与运动
自由基与运动的关系一直是人们关注的主题。运动的显著特点是代谢增强，耗能增加，氧耗也随之增加。高强度或力竭运动导致机体活性氧代谢增强已为许多实验所证实。Davis首次用电子自旋共振技术直接测定了在平板跑台上进行亚急性运动直到力竭的大鼠肝、肌肉匀浆中的活性氧自由基信号强度，发现其强度较安静组增加了2-3倍。另有研究报道，大鼠力竭性游泳时心肌ESR自由基信号也加强。Jackson等观察大鼠力竭运动后30min，ESR检测的肌肉匀浆中的活性氧自由基信号增强。
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抗氧化书籍
一般认为，运动引起自由基增加的机制有：一是剧烈运动时耗氧量剧增，氧代谢的结果必然产生自由基，二是局部组织缺氧及代谢产物的堆积，影响了线粒体的功能，同时氧气大量消耗，为氧的单电子还原提供了机会，从而激发一系列的自由基反应。无论是大强度剧烈运动还是耐力运动都与机体自由基代谢有密切关系，关于这一点，学者们做了大量工作，得出了许多有价值的研究结果，如剧烈运动后动物血液、肝脏、肌肉、血浆中脂质过氧化物增加，脂质过氧化的结果可使膜上不饱和脂肪酸减少，致使膜的流动性降低，膜流动性的改变和细胞的许多生理功能相关。脂质过氧化过程中产生的氧自由基可氧化修饰细胞膜上和细胞质内的酶，使之失活。脂质过氧化产物，如丙二醛能与蛋白质、核酸和脑磷脂等含氨基的化合物反应，使之交联，过氧化产物逸出到血清中也可使血液中氧化应激水平升高，使末稍血管受损；通过抑制前列腺环素的合成，引发血小板聚集和血管挛缩等。这些结果都可导致运动能力下降。
疲劳是一种正常的生理现象，研究疲劳产生的机制，加快运动后疲劳的消除对于保持和提高运动能力是必要的。因此，从天然物质中寻找筛选高效无毒的自由基清除剂来配合训练，以提高运动能力水平已成为运动医学研究的热点。
如何降低自由基对人体的危害
自由基是客观存在的，对人类来说，无论是体内的还是体外的，自由基还在不断地，以前所未有的速度被制造出来。与自由基有关的疾病发病率也呈加速上升的趋势。既然人类无法逃避自由基的包围和夹击，那么就只有想方设法降低自由基对我们的危害。
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自由基的危害
随着科学家们对自由基研究的日渐深入，清除自由基，以减少自由基对人体的危害的方法也逐渐被揭示出来。研究表明，自由基从产生到衰亡的过程就是电子转移的过程。在生命体系中，电子的转移是一种最基本的运动，而氧是最容易得到电子的元素，因此，生物体内许多化学反映都与氧有关。科学家们发现损害人体健康的自由基几乎都与那些活性教强的含氧物质有关，他们把与这些物质相结合的自由基叫作活性氧自由基。活性氧自由基对人体的损害实际上是一种氧化过程。因此，要降低自由基的损害，就要从抗氧化做起。
既然自由基不仅存在于人体内，也来自于人体外，那么，降低自由基危害的途径也有两条：一是，利用内源性自由基清除系统清除体内多余自由基；二是发掘外源性抗氧化剂--自由基清除剂，阻断自由基对人体的入侵。
大量研究已经证实，人体内本身就具有清除多余自由基的能力，这主要是靠内源性自由基清除系统，它包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化酶等一些酶和维生素C、维生素E、还原性谷胱甘肽、胡萝卜素和硒等一些抗氧化剂。酶类物质可以使体内的活性氧自由基变为活性较低的物质，从而削弱它们对肌体的攻击力。酶的防御作用仅限于细胞内，而抗氧化剂有些作用于细胞膜，有些则是在细胞外就可起到防御作用。这些物质就深藏于我们体内，只要保持它们的量和活力它们就会发挥清除多余自由基的能力，使我们体内的自由基保持平衡。
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自由基与疾病
要降低自由基对人体的危害，除了依靠体内自由基清除系统外，还要寻找和发掘外源性自由基清除剂，利用这些物质作为替身，让它们在自由基进入人体之前就先与自由基结合，以阻断外界自由基的攻击，使人体免受伤害。
在自然界中，可以作用于自由基的抗氧化剂范围很广，种类极多。目前，全球已陆续发现许多有价值的天然抗氧化剂。字这方面的研究中，中国的科学家们已经走在世界的前列。他们已经发现并证明了，中国一些特有的食用和药用植物中，含有大量的酚类物质，这些物质的特点是，有着很容易被自由基夺走的电子，而它们在失去电子后就会成为一种对人没有伤害的稳定物质。
中国科学院生物物理研究所的专家历经八年时间从这些植物中研制出了天然抗氧化剂——自由基清除剂配方。在与卷烟厂技术人员合作的对动物的急性毒性实验中证明，在高浓度香烟的毒害下，使用了自由基清除剂之后，小白鼠的寿命比没有使用自由基清除剂的小白鼠的寿命明显延长，最长的甚至可以延长将近一倍的寿命，并且，基因癌变率大大降低。目前，吸烟烟气自由基清除剂已被应用于北京卷烟中，此项技术的应用处于国际领先水平。这一成果与中国传统医、药学食、药同源的饿一贯主张相一致，从中草药和食物中研发自由基清除剂是具有中国特色的。中国的科研人员正在发挥传统药学的优势，寻找更多高效、无毒的自由基清除剂并使它们在食品、药品、化妆品等更多领域得到应用，以造福于民。
当然，人类要想从根本上避免多余自由基的侵害，还要从增强环保意识，切实改善生存环境做起。
自由基清除剂
动物体在生命活动过程中，
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抗氧化药物
伴随着活性氧自由基的生成与存在，生物体在进化过程中也逐渐形成了“抗活性氧的防御系统”。动物体内自由基清除剂是抗自由基防御系统，清除自由基作用的物质基础，它在体内组织和细胞中的含量决定着抗自由基系统的清除自由基能力。
抗氧化剂或自由基清除剂可分为非酶类抗氧化剂和酶类抗氧化剂，非酶类抗氧化剂主要包括胡萝卜素类、抗坏血酸（Vc）、生育酚（Ve）、多酚羟基化合物、含硫化合物、化学合成抗氧化剂等。酶类抗氧化剂包括超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）及一些辅酶等。
天然抗氧化剂
随着近年来抗氧化剂的蓬勃发展，目前已从单纯的合成抗氧化剂和食品氧化剂逐渐发展成为天然抗氧化剂与体内自由基清除剂。因此，对抗氧化剂的要求也越来越高，而各种广泛使用的合成抗氧化剂由于其潜在毒性和致癌作用等逐渐受到人们的排斥，因此从植物中寻找天然、高效、低毒的抗氧化剂成为了目前抗氧化剂发展的一个必然趋势，并且从天然植物中寻找体内自由基消除剂也将是现代医药和保健行业的发展趋势。从目前的研究来看，天然植物抗氧化剂绝大部分都是多酚类物质，其中应用得较多的有茶多酚、葡萄籽提取物、迷迭香提取物等。
中药的研究在中国己有数千年的历史，现在随着社会的发展和物质条件的改善，保健养生、预防与康复己越来越受到人们的重视，从宏观上看，中药在保健养生、防病治病中起着积极的作用。
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抗氧化
近几年来，对中药单味提取物或单体成分及中药复方的抗脂质过氧化效应、自由基清除作用及机体抗自由基酶类的研究结果表明，中药不但有清除自由基的作用，还有抑制自由基生成和提高抗自由基酶类活性的作用。淫羊藿、红景天、黄芪、川芎、枸杞、五味子等中药都有很强的抗氧化作用。许多中药复方如六味地黄丸、四君子汤、逍遥散、复方何首乌片、益气活血方等都有抗氧化的作用。许多中药还被做为运动补剂应用于竞技体育中，为运动员取得优异成绩做出了极大的贡献。
有关中药对自由基影响的研究，有助于从分子水平揭示中药治疗疾病的机理，为进一步研究中医药理论提供了新的线索。中国中药的科学研究与技术开发的队伍在不断扩大，运动医学、营养学、生物化学、植物学、化学等各个领域的专家学者、科技工作者们都在努力开拓中药科研领域，并已取得可喜的成果。
各种天然植物抗氧化剂己在世界范围内得到开发和应用，其抗氧化效果、稳定性和安全性都获得了国际上的认可。但是由于栽培的地理要求较严、产量低、原料价格高等因素，使得各种天然植物抗氧化剂的应用受到了限制。为此，近年来，致力于利用各种生物工程技术细胞工程、基因工程、发酵工程等来制备不同天然植物抗氧化剂的活性成分，这也将成为今后天然植物抗氧化剂的主要生产方式。另外，由于各种天然植物抗氧化剂的涌现，使得该方面的研究出现了很大的盲目性，因此，对于各种天然植物抗氧化剂的专一抗氧化作用的研究就显得十分必要。目前许多研究表明不但许多其他化学成分对某些天然植物抗氧化剂具有协同增效作用，而且，不同的抗氧化剂之间同样具有协同增效作用，并且各种天然植物抗氧化剂的精制单一成分作用效果一般都比粗提制品的作用效果要差，所以，今后该研究的主要方向将会从单一成分的研究逐渐转向各种复方天然植物抗氧化剂上来。
研究展望
比起细菌学、病毒学等很多学术领域来说，自由基还是一门比较年轻的学科。人类对自由基的研究开始于二十一世纪初，最初的研究主要是自由基的化学反应过程，随后自由基知识渗透到生物学领域。虽然在二十世纪六十年代人们已经认识到自由基与疾病的密切关系，但由于受到技术方法的限制，研究进展缓慢。近年来，研究短寿命自由基的技术有了新的突破，推动了生物学的迅速发展，
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自由基
形成了一个以化学、物理学和生物医学相结合的蓬勃发展的新领域即自由基生物学、医学领域。这是一个跨学科的边缘学。
人类对自然界的认识总是随着科技手段的发展而逐渐深入的。80年代人类认识焦油对人体的攻击与危害后运用了大量的科技手段进行阻断进入二十一世纪。对自由基的认识也毫不例外的需要依靠先进的技术手段。由于含有一个不成对电子的自由基很活跃，大多数自由基的寿命都非常短，常以毫秒或微秒记，因此，对数自由基研究的难度可想而知。借助与电子自旋共振技术和自旋捕集剂全球的科学家们已经捕捉到了一部分自由基。但在成千上万种自由基中，被直接捕捉到的自由基还有限。
自从发现自由基对人类健康的危害后，如何能更接近生命现象进一步研究自由基的反应机理和损伤的分子机理就成为这个领域国际上期待解决的前沿课题。从大量报纸文献看，很多自由基的反应规律和损伤机理中的一些关键问题至今尚在研究中。
随着对自由基研究的逐步深入，科学家们越来越清楚的认识到，清除多余自由基的措施有益于某些疾病的预防和治疗，而自由基清除剂的研究对人体健康的意义便显的更为重大。因此，开发和利用高效无毒的天然抗氧化剂——自由基清除剂，已成为当今科学发展的趋势。相信在21世纪，人类一定能认识和控制自由基，使我们的生命质量再实现一个新的飞跃。
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