Q&A：酸素ラジカル

酸素ラジカル

Q&A:

「万病の素」とも言われる活性酸素ですが、酸素の活性は生命に不可欠です。とくに脂質とのかかわりをおさらいしてみます。

酸素の活性化

普通、酸素分子は

三重項と呼ばれる状態で安定しています。それ以外、つまり活性で不安定な状態の酸素を活性酸素：reactive oxygen species：ROSと呼びます。


活性酸素の種別
ラジカル種
	スーパーオキシド：superoxide anion	O₂^-
	ヒドロキシルラジカル:hydroxyl radical	HO
	アルコキシルラジカル	LO
	ペルオキシルラジカル：peroxyl radical	HOO
	アルキルペルオキシル(過酸化脂質)ラジカル	LOO
	一酸化窒素	NO
非ラジカル種
	一重項酸素	¹O₂
	過酸化水素	H₂O₂
	ペルオキシナイトライト	ONOO^-
	脂質ヒドロペルオキシド	LOOH
	次亜塩素酸	HOCl
	オゾン	O₃
表記：　　不対電子　　‐　陰イオン

　酸素の活性とは、電子を取得することです(4電子受容体)。閉殻になり安定化するまでの途中が活性酸素で、うち電子数奇数の状態がラジカルです。詳細は

こちらをご覧ください。

　三重項酸素→スーパーオキシド→過酸化水素→ヒドロキシラジカル→水
　

呼吸と酸素ラジカル

　人は一日に2500キロカロリー程度のエネルギーを費やし、このために450リットル前後の酸素を吸い込み、その1～3%程度の活性酸素を生じます。主に細胞内の小器官、ミトコンドリアの呼吸鎖で生じるスーパーオキシドです。

呼吸鎖とは：エネルギー供給分子ATPを細胞に提供する仕組みです。脱水素酵素が1電子ずつ還元をすすめるので、ラジカル発生をともないます。 [

呼吸鎖：電子伝達系]

³O₂+e^- →

O₂^-

スーパーオキシド生成
　

ATP；Adenosine Tri-Phosphate;アデノシン三リン酸

抗酸化酵素

　体内では、マクロファージによる外来異物防御などでもスーパーオキシドが使われます。いわば両刃の剣ですが、分解酵素;SODの働きで非ラジカルの過酸化水素H₂O₂に解消し、さらに過酸化水素はＣＡＴ；カタラーゼやGSHPx;といった酵素により分解、解消します。

SOD: Super Oxide Dismutase；スーパーオキシド分解酵素

CAT: Catalase;過酸化水素分解を触媒する酵素

GSH-Px: Glutathione Peroxidase

グルタチオン過酸化/還元酵素群

これで活性酸素が消去されますが、例外的に過酸化水素がさらに還元を受けるとヒドロキシラジカル：

HO を生じ、これが深刻な被害を与えることが最大の問題とされます。

ヒドロキシラジカル：

　ヒドロキシラジカルは、発生すると即座に水素1個を奪いH₂O；水になって消滅します。まったく単純なために超高速で相手を選ばず、糖でも蛋白でも近くの分子を破壊し、破壊された相手もラジカル化します。反応時間はナノ秒（1億分の１秒）単位で、止める方法が考えられません。
　細胞に対し、以下のような被害をもたらします。

・たんぱく質：　酵素などを破壊。
・遺伝子ＤＮＡ破損、切断：
・生体膜脂質破壊、過酸化：

　ＤＮＡ損傷は、突然変異、ガン細胞化など深刻な被害をもたらすことがあります。脂質の過酸化物は、さらに細胞損傷や組織傷害を招き、老化促進や動脈硬化、心臓病など生活習慣病の一因とされます。

脂質のラジカル反応

　ラジカルは反応の相手もラジカル化します。これが次の分子を攻撃するので、いわば将棋倒しのように連続します。

　図は、脂質ＬＨに対する連鎖反応です。一個のラジカル、OHによる開始反応で、多数の分子を連続破壊する連鎖反応が始まります。

[

ペンタジエン]

開始反応 ：　ラジカルが脂肪酸から水素を奪い、水となって消滅します。脂肪酸は(L)ラジカル化します。

LH +OH → H₂O + L

連鎖反応：　以下を反復します。

+O₂ → LOO

(脂質ラジカルから過酸化脂質ラジカル)　

LOO＋LH → LOOH+L

(次の分子から新しいラジカルを生成)
　

生体膜の連鎖破壊

　ラジカルの被害をもっとも受けやすいのは、脂肪酸分子が整列している生体膜です。なかでも不飽和脂肪酸のペンタジエン構造が弱点です。
　

ペンタジエンのラジカル反応：　二重結合にはさまれた活性メチレンが起点となり、容易に脂質ラジカル、bisアリルラジカルを生じます。
　

[

ペンタジエン]

抗酸化物質：ビタミンＥ/Ｃによる連鎖切断

　ヒドロキシラジカルの開始反応は超高速で止めようがありません。しかし、連鎖破壊を進める過酸化脂質ラジカルは捕捉できます。脂質を守る抗酸化物質としてビタミンＥ(α-Tocopherol：VEと略記)が代表的です。

LOO

＋VE→LOOH+VE

　攻撃性の低いラジカル：VEを生じ、さらにもう1分子捕捉、計2分子を無力化して連鎖反応を遮断します。
　水溶性のビタミンＣはビタミンＥを還元することで、抗酸化力を強化します。ポリフェノールやフラボノイドもよく似た抗酸化の仕組みをそなえ、スカベンジャー(掃除役)と総称します。
　くわえて上記のGSH-Pxは、LOOも捕捉し連鎖反応を切断します。

脂質という抗酸化システム

　こうしてみると、脂質はラジカルに対し脆弱に見えます。なかでもペンタジエン構造は敏感で、それがすべての多価不飽和脂肪酸に共通しています。何故こうなのか、不思議な話とも思えます。

　実は、生体にとってもっとも深刻な被害はDNA遺伝情報の損傷です。何故なら、DNAは生命の設計図で、生命存続の最低条件だからです。
　ということは、ペンタジエンがラジカルを誘い、生体膜という外堀で受けとめ、脂質が犠牲になることで生命の核心部、ＤＮＡを守る、という戦略なのでしょうか。生命とは、そのようにして生き長らえてきたものかもしれません。

自動酸化の原因

油脂は、時間がたつと変質することがあります。かっては、微生物による腐敗とされましたが、実際は酸化であることが大半です。
　原因は大気中の酸素ですが、自然な状態では酸素(三重項酸素)による酸化は微量です。また、多くの天然油脂は抗酸化成分を含み、酸化を抑制しています。
　自動酸化は、何らかの原因でラジカルが発生し、特に多価不飽和脂肪酸の場合、ペンタジエンから連鎖反応がはじまり、過酸化が進行することです。ペンタジエンのラジカル応答は、こちらをご覧ください。[

ペンタジエン]
　いったん連鎖反応が始まると、次々と過酸化脂質ラジカルを生じ、拡大します。上記の説明の通りです。

　したがって、問題は、ラジカルの開始反応をおこすきっかけで、以下があげられます。

　・加熱、高温
　・不純物、金属あるいは酵素などの触媒作用
　・直射日光、紫外線、蛍光灯などによる一重項酸素生成

　現在は、油脂製品の品質も向上しているので、一重項酸素による発生が多いようです。
　なお、油脂が含む抗酸化成分は、量的に限りがあります。製造後、長期間たつと抗酸化性が失われ、酸化しやすくなります。

[

一重項酸素]

一重項酸素；¹O₂ の酸化：

紫外線や日光などで励起された酸素分子です。たとえば店頭や家庭で保存中にも発生します。ラジカルではありませんが反応性は高く、直接に過酸化脂質を生じます。[

一重項酸素]

LH +¹O₂→LOOH

被害は過酸化脂質1分子だけですが、連鎖反応の起点となりかねません。対策は光や熱を避けることで、こちらをご覧ください。[ 油脂の保存方法]