自由基与衰老直击21世纪重大科学难题

复旦大学通识教育核心课程2009-2010学年第二学期期末考试试卷课程名称：生命中的化学元素课程代码：CHEM119006。01开课院系：复旦学院考试形式：课程论文学生姓名：邱丽丽学号：08300220061专业：化学题目123总分得分一、下列题目任选一题撰写一篇论文1。请以生命中的化学元素为主题，写一篇课程论文，具体题目根据自己写的内容自拟。二、具体要求1．正文字数在2000字以上（不包括注释和参考书目等）。2．严格遵循论文写作规范（引文必须注明出处）。3．必须提交A4纸打印的论文稿，并以此试卷作为论文封面，于左上方边角处装订。4．字体：凡是正文一律用宋体/五号字，注释用小五号字，大标题用宋体/三号字/加粗，小标题用宋体/五号字/加粗。段落：一律采用标准间距、1。5倍行距。5．论文写作格式：5。1包括答卷页眉、论文题目、正文、注脚、引用及参考书目（或“参考文献”）5。2答卷页眉包括学号、姓名、选课代码、选课名称，右对齐5。3一律使用脚注。需包括作者、篇名/书名/期刊名、页码、出版社和版次/期刊号。5。4文末须列“引用及参考书目”，需包括书名/期刊名、作者、出版社和版次/期刊号。6．如果所提交论文不合规范者，必须改写。如果两次改写后，仍不合规范者不予以评分。7．严禁抄袭，一旦发现按零分处理。8．5月1日前提交。自由基与衰老——直击21世纪重大科学难题我们时常能听见这样的说法：“女人想要抗衰老，就要及时清除体内的自由基”1。从维生素C、花青素直至灵芝、冬虫夏草，市面在售的大部分保健品都主打“抗氧化”、“清除自由基”、“延缓衰老”等功能。“自由基”这个新名词已经越来越为人所知，“人类为什么会衰老”这一迄今为止尚未揭开的迷，更是国内外生物学家与医学家关注的问题之一。人类对自由基的研究始于二十世纪初期，衰老的自由基理论是1965年由HarmanD提出的。探讨研究自由基、细胞凋亡与衰老的相关性，具有重要的理论及实际意义。一、自由基的基本概述自由基(freeradical)，又称游离基，是指化合物的分子在光热等外界条件下，共价键发生均裂而形成的具有不成对电子的原子或基团。2由于自由基最外层轨道含有单电子，而单电子有强烈的配对倾向，倾向于以各种方式与其他原子基团结合，形成更稳定的结构，因而自由基非常活泼，3一旦产生就立刻能和别的物质进行反应。一般自由基的半衰期极短，平均只有10-3秒。4不仅如此，被自由基夺去电子的物质又能变成新的自由基使这个反应不断地进行下去。因此，自由及反应具有连锁反应（chainreaction)的特点。1、人体中的自由基1.1种类自然界中，自由基的种类非常多，自由基的存在的空间也是无处不在。而在人体内，它是参与人体内氧化还原反应最重要最广泛的反应成分。人体中的自由基主要由两种：氧自由基和非氧自由基。其中，氧自由基占主导地位，大约占自由基总量的95%。氧自由基包括过氧化氢分子、羚自由基、烷过氧基、过氧亚硝酸盐、超氧阴离子O2-等，它们统称活性氧(activeoxygenspecies,ROS)，是人体内最为重要的自由基。5其中羟自由基(·OH)是最活跃、最具1新华网《自由基让你老得快！11种食物清除自由基》维基百科“自由基”：https：//zh。wikipedia。org/wiki/%E8%87%AA%E7%94%B1%E5%9F%BA3李云：《综述自由基对人体健康的影响及目前的预防措施》，载于《内蒙古石油化工》2011年第1期。4敖拉哈：《衰老与自由基》，载于《老年医学与保健》1999年第1卷第2期。5李云：《综述自由基对人体健康的影响及目前的预防措施》，载于《内蒙古石油化工》2011年第1期。有危害性的自由基，可与任何部位的任何生物大分子反应，(·OH)几乎是全部氧化反应的中介物质。非氧自由基主要有氢自由基和有机自由基等。在本文中，我们探讨的主要是氧自由基。1.2来源人体内自由基的来源主要有两个方面：内源性自由基和外源性自由基。在人体的细胞内线粒体、内质网、细胞核、细胞质、细胞膜和胞液中，都可产生自由基，而且其自由基代谢水平不同。自由基也可出现在胞浆及呼吸链中。在细胞的线粒体内膜上进行的有机物的氧化代谢是生命活动的基础，它为人的生命活动提供了能量，但同时也产生了大量的含氧自由基。“生命在氧化代谢的良性和恶性间，是在刀刃上保持平衡”。6与之相应的，线粒体是内源产生自由基的主要场所，是自由基浓度最高的细胞器，在线粒体氧化磷酸化生成ATP的过程中，大约有1%~4%的氧转化为活性氧。7外源性自由基的来源就更加广泛了。外来病菌、大气污染物质、香烟烟雾、毒品、电离辐射、各种药物、以镉、铅、水银为代表的微量元素、含有亚硝酸铵的食物、运动过量、不良情绪……这些都存在着或能使机体产生大量的自由基。82、自由基对人体的影响自由基是体内代谢的必然产物，是生命活动所必需的物质。大量研究表明，自由基参与了许多重要的生命过程，与细胞增殖、分化、凋亡、肿瘤的诱发与抑制、肌肉收缩、神经传导、细胞吸附、基因表达等有着密切的关系。9在正常生理条件下，人体内虽有自由基不断产生，又不断被体内的一套有效机制所清除。这两种相反的作用，使得体内自由基的浓度始终维持在一种有利无害的低水平平衡状态，此种动态平衡状态下，机体不受到损害而维持着健康。10在自由基和活性氧的生成与清除处于动态平衡的情况下，适当的自由基和活性氧的存在对机体是必需的。正常水平的自由基和活性氧具有调节细胞间的信号传递与细胞生长以及抑制病毒和细菌的作用，能有效防止感染，促进神经递质代谢，维持血流畅通等。116徐辉碧：《硒的化学、生物化学及其在生命科学中的应用》，华中理工大学出版社，1994年，第78页。转引自涂国荣，张利兴，苏昆，王武尚：《自由基与皮肤衰老的关系及天然抗衰老植物在化妆品中的应用》，载于《日用化学品科学》，1999年第S1期。7赵保路：《自由基、营养、天然抗氧化剂与衰老》，载于《生物物理学报》2010年第1期。8敖拉哈：《衰老与自由基》。载于《老年医学与保健》1999年第5卷第2期。9张德莉，朱圣姬，罗光富，黄应平，袁丁，刘立明：《自由基与DNA氧化损伤的研究进展》，载于《三峡大学学报》2004年第6期。11王新民：《人体抗氧化防御系统浅谈》，载于《卫生职业教育》2011年第14期。然而，人体很难保持自由及数量的平衡状态。一方面，机体随着年龄的增长其清除能力下降，不能及时而有效地清除机体正常代谢所生成的自由基和活性氧。另一方面，机体所接触的有害环境因素和有些生活方式与病理因素加速了自由基的生成。12当自由基出于某些情况在体内大量积累时，会干扰细胞的正常功能或使结构遭受损害，导致人体正常细胞和组织的损坏，从而导致衰老并引起多种疾病，如心脏病、老年痴呆症、帕金森病和肿瘤等。3、人体的抗氧化防御系统生物体内的抗氧化防御系统是指机体自身体内存在能清除氧自由基的酶类或非酶类物质所组成的一个防御系统。此系统能使体内自由基的产生与清除处于一种低浓度的动态平衡中，属于内源性抗氧化防御系统。人体抗氧化防御系统包含了不同水平的防御功能：有预防性、阻断性和修复性水平层次。预防性的防御功能是指直接清除游离型自由基，防止其产生自由基反应；阻断性的防御功能是指中和还原，阻断活性氧的生成链式反应；修复性的防御功能是指对受损的蛋白质和DNA进行修复。13其内源性抗氧化剂大致分为两大类：第一类是抗氧化酶，主要包括超氧化物歧化酶（SOD)、过氧化氢酶（CAT)以及谷肤甘肤过氧化物酶GSH-PX)等。第二类是非酶类抗氧化剂，包括VC、VE、β-胡萝卜素、谷肤甘肤等。它们通过抑制自由基生成来防止自由基破坏细胞。氧化剂在体内构成了一个完整的防御系统，分别对从氧化过程开始到最后生成过氧化氢的自由基这一连锁反应的不同环节起作用，使体内自由基生成和消除处于一种动态平衡中。14图1.CAT抗氧化作用公式二、人体的衰老1、定义12王新民：《人体抗氧化防御系统浅谈》，载于《卫生职业教育》2011年第14期。13王新民：《人体抗氧化防御系统浅谈》，载于《卫生职业教育》2011年第14期。14张丽芬、郭玉萍、周军、茹凯、赵波、孙晓姣：《运动对人体自由基代谢的影响》，载于《现代生物医学进展》2012年第17期。衰老是一种连续性的、普遍存在的、进行性的、内在的，且具有破坏性的生理过程。15衰老是一个持续的变化过程，对于人类而言，它是指在中年以后，随着年龄的不断增加机体的新陈代谢逐步走向衰退，各器官功能开始下降而逐渐进入老化状态。16我们这里探讨的衰老是指人体作为一个整体的衰老，那么从微观层面的细胞来把握，机体衰老和细胞凋亡又有什么关系呢？细胞凋亡是多细胞有机体为保持自身组织稳定、调控自身细胞的增殖和死亡之间的平衡、由基因控制的细胞主动性死亡过程务。细胞凋亡参与机体的许多重要生理、病理过程，但目前人们对细胞凋亡与衰老的机制仍不十分清楚，在研究两者相关性时，其共同的观点是细胞凋亡通过破坏重要的不可替代的细胞对衰老起负而影响，提出细胞凋亡以两种形式对衰老起作用：①清除己经受损的和功能障碍的细胞(如肝细胞、成纤维细胞)；②清除不能再生的细胞(如神经元、心肌细胞)，导致病理改变。通过以上机制，细胞凋亡的结果使体细胞特别是具有重要功能的细胞如脑细胞数量减少，造成其所组成的重要器官如脑皮层的萎缩等老年性进行性病理过程。173、关于衰老机制的研究近年来，随着国际人口老龄化趋势的加快，探讨衰老机理及抗衰老研究已成为医学领域中的热门课题之一。比较完善的近代衰老理论有以下8种：①遗传学说；②体细胞突变学说；③蛋白质合成差错灾难学说；④脂褐素累积学说(即残渣学)；⑤内分泌功能减退学说；⑥免疫功能下降学说；⑦交联学说；⑧自由基学说。18这些理论归纳起来可分为两类:一是基因程序衰老理论，一是损伤积累衰老理论。衰老的基因程序理论认为，有一个程序存在于每种生物体的基因里，生物体的生长、发育、老化和死亡都由这一程序控制和决定衰老的损伤积累理论认为，由于修复和维持总是少于无限存活的需求而出现的损伤积累。19本文所探讨的衰老的自由基理论既属于损伤积累衰老理论，也包含基因程序衰老理论，并且是为数不多的能指导抗衰老实践的学说之一。三、自由基与衰老的关系1、衰老的自由基理论15赵保路：《自由基、营养、天然抗氧化剂与衰老》，载于《生物物理学报》2010年第1期。16王正平：《向自由基宣战》，载于《食品工业科技》2008年第2期。17王新玲、李月彩、侯颖春：《自由基、细胞凋亡与衰老关系的研究进展》，载于《中国老年学杂志》1999年第4期。18涂国荣，张利兴，苏昆，王武尚：《自由基与皮肤衰老的关系及天然抗衰老植物在化妆品中的应用》，载于《日用化学品科学》，1999年第S1期。19赵保路：《自由基、营养、天然抗氧化剂与衰老》，载于《生物物理学报》2010年第1期。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。支持该学说的证据主要来自一些体内和体外实验。包括种间比较、饮食限制、与年龄相关的氧化压力现象测定、给予动物抗氧化饮食和药物处理；体外实验主要包括对体外二倍体成纤维细胞氧压力与代谢作用的观察、氧压力与倍增能力及抗氧化剂对细胞寿命的影响等。20国内外大量研究已证实：老年动物及老年人血清脂质自由基(脂质过氧化物)水平增高，组织内(尤其脑，肝细胞内)脂褐素含量增多。组织内脂褐素含量多少可做为衰老的客观依据之一，其形成与脂质自由基有关。Harman指出，逃脱中和的自由基所积聚的毒性作用，可能是衰老的根本原因。211.1自由基对细胞的破坏机制自由基由于其不稳定的特性，会从邻近的分子(包括脂肪、蛋白质和DNA等)上夺取电子，让自己处于稳定的状态。这样一来，邻近的分子又变成一个新的自由基，然后再去夺取电子……如此连锁反应的结果，让细胞的结构受到破