第二章 文獻回顧
第四節 自由基
任何含有一個或多個不成對電子的物質都可以稱為自由基（free radical）。
氧分子（oxygen, O2）是生命賴以存活的物質，常以雙分子的形式
穩定存在，卻同時也是許多活性物質的受質。目前有許多的研究都指 出，活性氧屬（reactive oxygen species, ROS）會參與一些病理過程，且 對於一些功能性反應的調節，為不可缺少的物質。概括來說，ROS 是氧
分子在不同環境下，與氫原子或氮原子進行的氧化作用或還原作用，所 形成的化合物，包含:可以直接由還原氧分子所產生的超氧陰離子
（superoxide, O2•-）、具有生物活性的過氧化氫（hydrogen
peroxide,H2O2）、氫氧自由基（hydroxyl radicals, OH•）、hypochlorite ion
（OCl-）和過氧亞硝基陰離子（peroxynitrite, ONOO-）等含氧自由基
【41,42】。
氧分子 O2接受一個電子而生成超氧陰離子（O2•-）。O2•-在一般 代謝過程或身體接受陽光照射的時候，經由「活化（activation）」氧分
子而產生，因此O2•-為初級（primary）的 ROS；而初級 ROS 再藉由酵 素 活 性 或 過 度 金 屬 催 化 的 過 程 ， 會 進 一 步 和 其 他 分 子 產 生 次 級
（secondary） ROS 如：H2O2。O2•-在正常生理環境的 pH 值下非常脆
弱，因為 O2•-為水溶性，所以無法輕易的通過細胞膜的脂質雙層，但 卻可以穿越離子通道進入細胞【43,44】。但 O2•-在較低的pH 值（pKa = 4.8）會和 H+變成 H2O2，而在正常生理 pH 值下，則需要超氧歧化酶
（superoxide dismutase, SOD）的協助，反應如下：
2 O2•- + 2 H+ SOD H2O2 + O2
而且dismutation 的速率非常快【45】。身體的調控在正常情況下，細胞 內並沒有游離鐵離子（free iron）存在；但當體內呈現壓力狀態時（under stress conditions），O2•-就會刺激游離鐵離子從含鐵蛋白中游離出來，
且研究指出人在高膽固醇血症、糖尿病和高血壓的情況下，體內O2• -濃度都會增加【46】。
過氧化氫（H2O2）相較於超氧陰離子，則較易進出細胞膜脂質層，
這也使過氧化氫成為活性氧屬和細胞訊息傳導中，重要的生物活性物質
【47,48】。超氧陰離子會刺激體內的抗氧化劑和酵素如：catalase、
peroxidase，將 H2O2分解成水和氧分子，以維持細胞內H2O2的正常濃
度。當身體處於壓力狀態下，超氧陰離子也會刺激含鐵蛋白釋放游離鐵
（free iron）；此時，H2O2便可和這些過量的金屬離子如：Fe2+、Cu+會經 由Fenton reaction 產生氫氧自由基，反應式如下【49】：
Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH•+ OH-
若超氧陰離子接著參與二價鐵離子的還原作用，反應式如下：
Fe 2+ + O2•-
Fe3+ + O2
合併以上和Fenton reaction 兩個作用，稱為 Haber-Weiss reaction，反應 式如下：
O2•- + H2O2 O2 + OH•+ OH
氫氧自由基（hydroxyl radical, OH•）具有高度的反應性，在體內
的半衰期非常短，所以OH•會就近與其他物質進行反應。氫氧自由基
的產生方式有以下幾種：（1）當水分子被輻射線照射後，即可使水分子
分解形成OH•和 H+；（2）在體內主要透過 Fenton reaction 進行過度金 屬電子轉移而生。OH•也會和 DNA 的鹼基或 DNA 去氧核酸的骨幹
（backbone）反應，導致 DNA 鹼基或序列傷害或斷裂【50】。
氧 衍 生 的 自 由 基 還 有 過 氧 自 由 基 （peroxyl radical 有 時 亦 稱 peroxide），過氧自由基是高能產物，依據 R group、所屬的環境、當時 氧分子的濃度和反應物的不同，可從+ 0.77V 還原電位至+ 1.44V。脂質
過氧化作用是目前最常被研究者偵測與觀察的項目，也代表了過氧自由 基參與人類多種疾病發病與進程的證據【50-52】。
超氧陰離子會迅速地與一氧化氮（nitric oxide, NO•）反應而產生 過氧亞硝基陰離子（peroxynitrite, ONOO-）反應式如下：
NO• + O2•- ONOO
-藉由使 NO•對血管舒張的作用失活而導致內皮功能不良。另外，活性
氧屬（reactive oxygen species, ROS）也會和血管裡的多元不飽和脂肪酸
（polyunsaturated fatty acid, PUFA）反應，開始脂質過氧化的連鎖反應。
脂質過氧化所產生的氫過氧自由基（HOO•），也會和NO•反應而產生 ONOO-，並直接降低內皮對 NO•合成【46;50-52】。
由以上自由基的介紹中發現，自由基與人體生理機能調控、代謝調 控與疾病都息息相關。