化学高手解释一下什么是自由基和游离基?

化学高手解释一下什么是自由基和游离基?
化学高手解释一下什么是自由基和游离基?

化学高手解释一下什么是自由基和游离基?
机体氧化反应中产生的有害化合物,具有强氧化性,可损害机体的组织和细胞,进而引起慢性疾病及衰老效应.
自由基（free radical）,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,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.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.
近年来,随着我国人民物质生活水平和对生活质量的要求不断提高,人们对保健知识的需求也与日俱增,近一段时间内,在有关保健知识的传播中,一个新的名词--自由基出现的频率越来越高,保健用品中、化妆品中、烟草中、日常食品中等…..那么,究竟什么是自由基,它与我们人类的健康有什么关系呢?
简单的说,在我们这个由原子组成的世界中,有一个特别的法则,这就是,只要有两个以上的原子组合在一起,它的外围电子就一定要配对,如果不配对,它们就要去寻找另一个电子,使自己变成稳定的元素.科学家们把这种有着不成对的电子的原子或分子叫做自由基.
自由基非常活跃,非常不安分.就象我们人类社会中的不甘寂寞的单身汉一样,如果总也找不到理想的伴侣,可能就会成为社会不安定的因素.那它是如何产生的呢?又如何对人的身体产生危害的呢?早在上个世纪末90年代初期,中国大陆对自由基的认知来自于北京卷烟厂在出口产品定单中外方产品的要求,外方,尤其是日本提出,吸烟有危害身体健康,不仅仅是尼古丁,焦油,还有一种更危害的物质是自由基.
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.
一般情况下,生命是离不开自由基活动的.我们的身体每时每刻都从里到外的运动,每一瞬间都在燃烧着能量,而负责传递能量的搬运工就是自由基.当这些帮助能量转换的自由基被封闭在细胞里不能乱跑乱窜时,它们对生命是无害的.但如果自由基的活动失去控制,超过一定的量,生命的正常秩序就会被破坏,疾病可能就会随之而来.
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.
自由基的存在空间
这种缺少了一个电子,而又非常活跃的原子或分子的自由基,存在空间相当广泛.
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.
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.
自由基对人体的危害
1996年起我国中科院物理研究所、北京军事科学院等有关科研单位与北京卷烟合作开始对自由基进行系统研究发现,过去人们一直认为,在地球上,细菌和病毒是人类生命的夙敌,于是,跟他们做了千百年的斗争并取得了显著的成绩.直到二十世纪六十年代,生物学家从烟囱清扫工人肺癌发病率高这一现象中发现了自由基对人体的危害,人类才认识到我们还有比细菌和病毒更为凶险,也更隐蔽的敌人.自由基过量产生或人体自身清除自由基能力下降会导致多种疾病的产生与恶化.
自由基对人体的损害主要有三个方面：一、使细胞膜被破坏；二、使血清抗蛋白酶失去活性；三、损伤基因导致细胞变异的出现和蓄积.
自由基对人体的攻击首先是细胞膜开始的.细胞膜极富弹性和柔韧性,这是由它松散的化学结构决定的 ,正因为如此,它的电子很容易丢失,因此细胞膜极易遭受自由基的攻击.一旦被自由基夺走电子,细胞膜就会失去弹性并丧失一切功能,从而导致心血系统疾病.更为严重的是自由基对基因的攻击,可以使基因的分子结构被破坏,导致基因突变,从而引起整个生命发生系统性的混乱.
大量资料已经证明,炎症,肿瘤、衰老、血液病、以及心、肝、肺、皮肤等各方面疑难疾病的发生机理与体内自由基产生过多或清除自由基能力下降有着密切的关系.炎症和药物中毒与自由基产生过多有关；克山病——硒缺乏和范可尼贫血等疾病与清除自由基能力下降有关；而动脉粥样硬化和心肌缺血再灌注损伤与自由基产生过多和清除自由基能力下降两者都有关系.自由基是人类健康最隐避、最具攻击力的敌人.
自由基对人体的攻击
途径一
自由基是无处不在的,自由基对人体攻击的途径是多方面的,既有来自体内的 ,也有来自外界的.当人体中的自由基超过一定的量,并失去控制时,这些自由基就会乱跑乱窜,去攻击细胞膜,去与血清抗蛋白酶发生反应,甚至去跟基因抢电子,我们的身体造成各种各样的伤害,产生各种各样的一疑难杂病.
人类生存的环境中充斥着不计其数的自由基,我们无时无刻不暴露在自由基的包围和进攻中.离我们生活最近的,例如,炒菜时产生的油烟中,就有自由基,这种油烟中的自由基使经常在厨房劳作的家庭妇女中餐大厨肺部疾病和肿瘤的几率远远高于其他人；此外,还有吸烟,吸烟最直接产生自由基.吸烟的过程是一个十分复杂的化学过程,您知道您吸食一只香烟的时候您就象开起了一座小化工厂,它产生了数以千计的化合物,其中除了早在80年代以被认知的焦油和烟碱外,还存在最大最难以控制的就是多种自由基.传统观念认为吸烟对人体的损害来自烟碱（尼古丁）,然而,最新研究表明,吸烟中自由基的危害要远远大于烟碱（尼古丁）.吸烟产生的自由基,有的是可以被过滤嘴清除的,但还要很多种自由基不能被传统的过滤方法清除掉,必须来取更科技的手段来对其进行清除和降低.自由基的存活时间仅仅为10秒,但吸入人体后,就会直接或间接损伤细胞膜或直接与基因结合导致细胞转化等,从而引起肺气肿、肺癌、肺间质纤维化等一系列与吸烟有关的疾病.
通过呼吸系统吸入的自由基决不仅仅来自炒菜和吸烟,象汽车尾气、工业生产废气等等环境污染产生的大量自由基也会在人们日常生活运动中被无防备的吸入.
散布在空气中,使用的化妆品中的自由基还会直接攻击人的皮肤,从表皮细胞中抢夺电子,使皮肤失去弹性,粗糙老化产生皱纹.
自由基对人体的攻击,既在最深层引起突变,又在最表层留下痕迹.可以说,人类被包围在自由基的内外夹击中.
途径二
为了更清楚地说明自由基对人体的危害,我们以吸烟产生的自由基对人体的影响为例：
前面以提到吸烟是一个十分复杂的化学过程,一支燃烧着的卷烟就象一座小化工厂,传统上认为尼古丁、焦油危害人体健康的观念以渐渐被科学家对多种自由基的认知而更新着.在科学家不断的研究新发现中表明,吸烟中自由基对人体的危害远远大于尼古丁,远远大于焦油.吸烟产生的自由基,有的是可以被过滤嘴清除的,但还有一些不能被过滤方法清除的自由基会随烟雾飘散在空气中.科学家们已经从吸烟烟气中发现的自由基有一氧化碳、二氧化碳、烷基和烷氧基等多种有害的自由基,虽然这些自由基的寿命非常短,但却有着更大的危害性.
在中国科学院生物物理研究所的动物实验中,科研人员观察到,与生活在洁净新鲜空气中的小白鼠相比,处于吸烟烟雾中的小白鼠的细胞死亡率明显增高.其原因在于吸烟烟气中的自由基进入小白鼠体内后,一方面可以使细胞膜中的不饱和脂肪酸过度氧化,从而使细胞膜的结构被破坏；另一方面,还可以生成新的脂类自由基,而自由基的连锁反应,会使各种损伤逐步积累和放大.
由此可见,当吸烟烟气中的自由基被吸入人体后,同样也会引起一系列的破坏反应.而炒菜产生的油烟、汽车尾气、工业生产废气和核污染等等人类活动制造出的自由基与吸烟烟气中自由基对人体的作用一样.它们除了直接损伤细胞膜外,其连锁反应还会导致基因突变或细胞死亡,从而引起呼吸系统疾病、心血管疾病和癌症等一系列严重疾病.
综上所述,自由基对人体的攻击既有来自体内的也有来自体外的；既在最深层引起的突变,也在最表层留下痕迹.可以说,人类处于自由基的内外夹击中.
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.
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.
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,国内外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,我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.我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,切实改善我们的生存环境做起.
对自由基的研究现状
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.虽然在二十一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,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5,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国内、外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.从国内外的大量报纸看,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.
科学家们相信,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.
防止老化 清除自由基
人之所以会老化、体力衰退、皮肤失去光泽及弹性,除了年龄是无法抗拒的因素外,主要的即是体内自由基过多,年轻时体内有较好的中和系统来排除自由基,降低它所造成的伤害；然而随着年龄增长,人体修复自由基的能力也随之下降；若未能及时补充抗氧化物,细胞就开始损伤,疾病于是产生,越来越多的证据显示,体内自由基含量越高,寿命越短.
那什么时候开始抗老化治疗呢?原则上最好在身体器官尚未老化前或有衰老现象时即应开始治疗.除了接受健康专业咨询外,重要的还是要从自己的生活做起.由于不当的生活及饮食习惯会在体内制造自由基,此自由基会进一步破坏细胞之脂质,蛋白质及染色体中之核酸,而导致细胞突变成为癌细胞.
一、拒绝抽烟：科学研究抽烟是目前产生最快及最多自由基的方式,每吸一口烟会制造十万个以上之自由基,会导致全身性的癌症,甚至加速癌症细胞生长.尤其是肺癌高达五十倍以上的危险率,还有它会造成许多慢性病,例如心血管病症及糖尿病,还有研究证实一手烟及二手烟伤害是一样的.
二、减少做菜的油烟：中国人做菜喜欢煎煮炒炸,大多数家庭主妇做菜是使用色拉油.色拉油是多元不饱和脂肪酸,很容易氧化成为自由基.最近研究较安全的油是含有单元不饱和脂肪酸大于50％的,如橄榄油含有百分之七十不饱和脂肪酸,是很好的食用油.还有尽量少食煎炸食物,所以为了您的健康,美式快餐店及中式自助餐店少去.
三、尽量少服不需要的药物：有些药物包括中西药是有毒性的,例如抗生素,消炎痛剂,化疗药物是会产生自由基的,不要误信药物可以有病治病,无病保身.患病时应该找医生看病,应该服药才可以服药,不可以随便乱服药.
四、避免农药的污染：农药会产生大量自由基.选择蔬果产品外观应不好看,甚至有虫咬过的农产品,是较安全及少农药的.另外一种降低农药残留方法是将蔬果放入冰箱一至二天才用,这样可以降低百分之发八十至九十之农药残留量,还有应时常清洗冰箱.
五、大量饮用干净的水：健康的饮水每日应饮用干净水2000毫升以上.台湾学者研究发现,台湾人身体中的重金属80％以上过量,最常见有汞、铅、镉等重金属.所以我们更要注意饮水健康,天然且检验合格的矿泉水是很很好的选择,用逆渗透水也是很好的选择.罐装各式饮料含各种添加物是不好的水分补充,纯净的水是最好的水分补充物.
六、多食用蔬菜及水果：健康的饮食应是每日蔬果及肉类比例为七比三,蔬果中含有天然抗自由基的维生素及黄酮素,还有增加肠蠕动的纤维素.实用蔬果最好生食,以免维生素及黄酮素流失,每天食用有三种颜色以上之蔬果,这样才能补充充足的维生素及黄酮素.
七、少摄取动物高脂肪类食物：鱼、蛋、奶、豆类均含有丰富蛋白质,应适当摄取.研究发现高脂肪及蛋白食物经烟熏、烧烤过程中,肉类油脂滴入碳中,在高温下裂解,与炭火作用形成毒性强的致癌物－－多环芳烃,随烟熏挥发会回到食物中.高温烹调会使蛋白质及氨基酸裂解,产生胺类衍生物而致癌.
八、减少加工食物摄取：食品加工过程中会添入色素,防腐剂及香料等,这些过多食入身体会产生过多自由基的.例如腌制食品含有硝酸盐,如在加工过程中添加过量,会在胃中与肉类,蔬菜中之胺类作用,造成硝酸胺,此为高致癌物.
运动与自由基
运动对於我们的身体好处是众人皆知的事, 除了可以让我们放松压力, 免除心血管疾病之苦, 伸筋骨, 可以说是百病良医, 但是我们同时也知道, 运动需要专业的辅助工具与适当的专业知识, 否则运动不足毫无效用, 过度运动却又容易造成运动伤害, 但除此之外, 您知道运动还会产生自由基?

氧气是生命的基础, 我们的生命基本上是一部氧化与还原的循环机器, 我们吃下食物, 然后吸收, 再以氧化作用转变成我们可以利用的能量消耗它, 这个过程无疑会意外地产生许多自由基, 当我们年轻时, 体内有非常好的自由基中和系统来为我们免除自由基造成的伤害, 但是当我们日日年老, 我们的自由基修补系统也随之老化效率下降, 而未被中和的自由基就会慢慢累积, 并且对们的身体攻击与伤害
运动时会发生比平常多的自由基, 因为我们的身体在大量运用氧气, 会意外地发生单电子氧自由基, 所以, 对於40岁以上的人, 因为自由基修补系统已经功能下降, 所以可能会发生自由基伤害, 我们也听说, 年长者更需要运动不是吗?如此一来不是很矛盾?
所以美国老化医学学会(amrican aging association)建议, 40岁是一个关键的年龄, 40岁以下的人因为自由基修补系统尚佳, 无需顾虑运动的自由基问题, 而40岁以上的人要避免做太过激烈的运动, 以免产生的自由基伤害, 而一方面也要多服用抗氧化物, 如常见的维它命c, e, beta-胡萝卜素, 以及各种青菜水果, 来中和体内的自由基.

自由基现在国际上对他的定义很多,他有个明显的作用就是会加速氧化分解,也就是说,对人来说,他会让人变老.而游离基恰好相反