第一部分 基础知识 3
1 自由基的定义与特性 3
1.1 自由基的定义及特性 3
1.2 自由基在体外的生成 5
1.2.1 加热产生自由基 5
1.2.2 电磁辐射产生自由基 5
1.2.3 氧化还原过程产生自由基 6
1.3 自由基的化学反应 6
1.4 与自由基有关的疾病及农业问题 6
参考文献 8
2 活性氧 9
2.1 活性氧的种类 9
2.2 活性氧在细胞器中的产生 11
2.2.1 线粒体电子传递链产生？ 11
2.2.2 微粒体产生？ 14
2.2.3 过氧化物酶体产生H2O2 15
2.2.4 细胞膜产生？ 15
2.2.5 植物光合电子传递链产生的？ 15
2.3 在代谢过程中产生的活性氧 15
2.3.1 ？的产生 15
2.3.2 ？的产生 16
2.3.3 H2O2的产生 17
2.3.4 1O2的产生 18
2.4 活性氧的性质 18
2.5 活性氧对生物分子的损伤 19
2.5.1 不饱和脂肪酸 19
2.5.2 蛋白质 21
2.5.3 糖类 22
2.5.4 核酸 24
2.6 生物分子受损后产生更多的活性氧 24
参考文献 25
3 活性氮、活性卤及其与活性氧的相互作用（兼论气体生物学） 27
3.1 ？的性质 28
3.1.1 ？的自由基特征 28
3.1.2 理化性质 28
3.2 ？的合成和一氧化氮合酶 29
3.2.1 体内合成 29
3.2.2 一氧化氮合酶 29
3.2.3 对？生成的调控 30
3.3 硝化胁迫 31
3.4 RNS与ROS的相互作用 32
3.5 ？的信号传导和对细胞因子调节的作用 34
3.5.1 ？的信号传导功能 34
3.5.2 ？对细胞因子的调节作用 34
3.6 活性氮、活性氧和活性卤的相互作用 35
3.7 ？、CO和H2S三种气态递质的相互作用 37
参考文献 40
4 对活性氧的防御 45
4.1 线粒体防御系统 45
4.1.1 细胞色素氧化酶使氧直接还原成水 45
4.1.2 线粒体的其他防御系统 45
4.2 抗氧化酶 50
4.3 抗氧化剂（清除剂） 52
4.3.1 内源性抗氧化剂 52
4.3.2 外源性抗氧化剂 54
4.3.3 间接抗氧化剂 55
4.4 氧化性损伤的修复 56
4.4.1 蛋白质的降解和修复 56
4.4.2 DNA的降解和修复 57
4.4.3 脂质的降解和修复 57
4.5 凋亡 57
4.6 抗氧化剂的特性和相互作用 57
4.6.1 各施所长，互相配合 58
4.6.2 互相代偿以维持总抗氧化能力恒定 59
4.6.3 自由基稳衡性动态和氧化胁迫 59
4.6.4 过度防御的危害 60
4.6.5 抗氧化能力的诱导反应 60
4.6.6 一些抗氧化剂也起促氧化作用 60
4.6.7 正确评价抗氧化疗法 61
4.6.8 营养素与抗氧化能力的关系 62
4.6.9 抗氧化能力的量化 62
参考文献 65
5 植物多酚类抗氧化剂 71
5.1 植物多酚类的种类及作用 71
5.1.1 多酚类的种类 71
5.1.2 多酚类的抗氧化作用 72
5.2 茶多酚 72
5.2.1 茶多酚对自由基的清除作用 72
5.2.2 茶多酚防护DNA氧化性损伤 74
5.2.3 茶多酚的抗癌作用 74
5.2.4 茶多酚对神经系统疾病的防治作用 75
5.2.5 茶多酚的减肥作用（见14.4） 75
5.3 葡萄的多酚类 75
5.3.1 白藜芦醇 75
5.3.2 原花青素 76
5.4 非食物来源的多酚类 77
5.4.1 松树皮的多酚类 77
5.4.2 蜂制品的多酚类 78
参考文献 80
6 活性氧调控信号传导、基因表达和细胞功能 85
6.1 氧化还原敏感的信号传导通路 85
6.1.1 Ca2+信号通路 86
6.1.2 cGMP信号通路 86
6.1.3 蛋白磷酸化信号通路 87
6.2 氧化胁迫、GSH、GSH/GSSG平衡与信号传导 89
6.2.1 GSH的合成与它的氧还循环 89
6.2.2 GSH及γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的调控 90
6.2.3 GSH/GSSG平衡对信号传导的调节 90
6.3 NADPH氧化酶介导的活性氧在信号传导中的作用 91
6.3.1 吞噬细胞NADPH氧化酶与信号传导 91
6.3.2 非吞噬细胞NADPH氧化酶与信号传导 92
6.3.3 植物NADPH氧化酶与信号传导 92
6.4 活性氧在信号传导中的作用机制 93
6.4.1 细胞内氧化还原状态的改变 93
6.4.2 蛋白的氧化修饰 94
6.5 活性氧调控基因转录 96
6.5.1 H2O2激活转录因子NF-kB 96
6.5.2 活性氧激活转录因子AP-1 98
6.5.3 活性氧激活转录因子AP-2 99
6.5.4 活性氧调控转录因子HIF-1 99
6.5.5 p53的氧化还原调控 100
6.5.6 小结 100
6.6 活性氧调控组蛋白乙酰化 101
6.6.1 活性氧和组蛋白乙酰化在炎症基因转录中的作用 101
6.6.2 氧化胁迫促进组蛋白乙酰化 102
6.6.3 氧化胁迫下调组蛋白乙酰化 104
6.7 活性氧调控基因表达 105
6.7.1 GSH在调控促炎症基因和抗氧化保护基因中的作用 105
6.7.2 H2O2调控OxyR及其下游基因 106
6.7.3 活性氧调控SoxR及其下游基因 106
6.7.4 缺氧调控Fnr及其下游基因 107
6.7.5 活性氧调控rpoS基因及其下游基因 107
6.7.6 金属硫蛋白和MTF-1防御氧化胁迫 107
6.7.7 Nrf2-ARE通路与相关基因表达 107
6.8 氧化胁迫调控线粒体基因表达 108
6.9 氧化胁迫相关性疾病与基因表达异常 108
6.10 活性氧调控细胞功能 108
6.10.1 活性氧调控细胞增殖 109
6.10.2 活性氧调控细胞分化 111
6.10.3 活性氧调控细胞凋亡 112
6.11 总结 112
参考文献 113
7 生殖发育与自由基 123
7.1 活性氧对精子结构与功能的影响 123
7.1.1 精液中ROS的产生 123
7.1.2 精液对ROS的防御 123
7.1.3 适量ROS/RNS确保精子生理功能 123
7.1.4 过量ROS危害精子功能 124
7.1.5 抗氧化剂在医学及农业生产中的应用 126
7.2 活性氧对雌性生殖的影响 127
7.2.1 活性氧的产生及防御 127
7.2.2 ROS使卵泡闭锁 128
7.2.3 ROS参与黄体萎缩和溶解 128
7.2.4 ROS与胚胎和新生儿发育 129
7.3 NO在生殖发育中的作用 129
7.3.1 NO保障男性生育力 129
7.3.2 NO调节雌性生殖活动 130
参考文献 131
8 活性氧对DNA的损伤及其修复 136
8.1 DNA的损伤方式 136
8.2 DNA损伤的后果 138
8.3 DNA损伤的酶性修复 138
8.3.1 切除修复 138
8.3.2 重组修复 140
8.3.3 SOS修复 140
8.3.4 错配修复 140
8.4 DNA损伤的非酶性修复 141
8.4.1 非酶性修复的化学反应 141
8.4.2 非酶性修复的确证 143
8.4.3 非酶性修复的机制 143
参考文献 147
9 蛋白质自由基及其催化作用 150
9.1 概述 150
9.1.1 蛋白质中的氨基酸自由基 150
9.1.2 氨基酸和修饰氨基酸自由基的生成 151
9.1.3 酶催化中产生的蛋白质自由基的共性 153
9.2 核苷酸还原酶 154
9.2.1 Ⅰ类核苷酸还原酶 154
9.2.2 Ⅱ类核苷酸还原酶 155
9.3 丙酮酸甲酸裂合酶 158
9.3.1 甘氨酰自由基的生成 159
9.3.2 催化机制 159
9.4 细胞色素c过氧化物酶 161
9.4.1 CcP中的高铁血红素／色氨酸阳离子自由基 162
9.4.2 色氨酸自由基在电子传递中的可能作用 163
9.5 前列腺素H合酶 163
9.5.1 结构中的外露酪氨酸残基 164
9.5.2 酪氨酸自由基的生成及其在催化中的作用 164
9.6 半乳糖氧化酶 166
9.6.1 半乳糖氧化酶的不同氧化还原状态 166
9.6.2 结构中被半胱氨酸修饰的酪氨酸残基 167
9.6.3 催化机制 167
9.7 醌蛋白 168
9.7.1 铜依赖的胺氧化酶 169
9.7.2 甲胺脱氢酶 172
9.8 其他酶催化过程中产生的蛋白质自由基 175
9.8.1 牛肝过氧化氢酶 175
9.8.2 DNA光修复酶 175
9.8.3 多巴胺β加氧酶 175
参考文献 178
第二部分 自由基医学 187
10 癌与自由基 187
10.1 致癌物和促癌物必须变成自由基后才起作用 187
10.1.1 多环芳烃类 187
10.1.2 芳胺和偶氮染料类 188
10.1.3 硝基及亚硝基类 189
10.1.4 激素类 190
10.1.5 促癌物 190
10.2 活性氧引起细胞癌变 190
10.2.1 金属离子生成活性氧致癌 190
10.2.2 慢性炎症生成活性氧致癌 191
10.2.3 活性氧损伤DNA而致癌 191
10.2.4 活性氧使染色体不稳定而致癌 192
10.2.5 活性氧调控原癌基因和抑癌基因 192
10.2.6 活性氧参与癌侵袭、转移和血管生成 193
10.2.7 癌细胞和癌病人都遭受氧化胁迫 196
10.3 减轻氧化胁迫以防癌 197
10.3.1 SOD促进癌细胞分化 197
10.3.2 抗氧化剂防癌 197
10.3.3 快速修复DNA损伤使 癌逆转 198
10.3.4 限食和运动防癌 199
10.3.5 ROS抑制端粒酶使癌细胞停止分裂 199
10.4 活性氧也起抗癌作用 200
10.4.1 抗癌药产生大量ROS杀癌 200
10.4.2 活性氧使癌细胞分化和凋亡 200
10.5 活性氮与癌 201
10.5.1 活性氮的致癌作用 201
10.5.2 低浓度活性氮的杀癌作用和阻止转移作用 201
10.5.3 活性氮促进癌细胞分化 203
参考文献 203
11 衰老与自由基 211
11.1 活性氧是衰老的决定性因素 211
11.1.1 活性氧促衰 211
11.1.2 抗氧化能力过弱而致衰 212
11.1.3 衰老时核酸、蛋白质和脂质的氧化性损伤加剧 212
11.1.4 决定寿命的基因与其防御活性氧的能力有关 215
11.2 强抗氧化能力延寿 216
11.3 延寿的有效措施 218
11.3.1 外加抗氧化剂延寿 218
11.3.2 保护线粒体以加强抗氧化能力 218
11.3.3 降低耗氧量延寿——合理锻炼 219
11.3.4 限食缓解氧化胁迫而延寿 221
11.4 妇女抗氧化力强所以高寿 222
11.5 活性氧与老年性疾病 223
11.5.1 活性氧引起脑老化 223
11.5.2 老年痴呆 223
11.5.3 早老性痴呆 224
11.5.4 帕金森氏病 224
11.5.5 白内障 224
11.5.6 糖尿病 225
11.5.7 动脉粥样硬化 225
11.5.8 皮肤老化 225
参考文献 227
12 病毒感染与自由基 235
12.1 自由基与病毒感染 235
12.2 自由基与RNA病毒感染 236
12.2.1 RNA病毒感染后宿主细胞产生自由基 236
12.2.2 RNA病毒感染使宿主细胞遭受氧化胁迫 236
12.2.3 氧化胁迫促进病毒感染 236
12.2.4 抗氧化剂治疗RNA病毒感染 237
12.3 自由基与DNA病毒感染 237
12.3.1 DNA病毒感染后宿主细胞产生自由基 237
12.3.2 DNA病毒感染使宿主细胞遭受氧化胁迫 237
12.3.3 抗氧化剂治疗DNA病毒感染 237
12.4 自由基与反转录病毒感染 238
12.4.1 反转录病毒感染后宿主细胞产生自由基 238
12.4.2 反转录病毒感染使宿主细胞遭受氧化胁迫 238
12.4.3 自由基对反转录病毒的作用 238
12.4.4 抗氧化剂治疗反转录病毒感染 239
参考文献 239
13 毒品依赖与自由基 242
13.1 海洛因在体内的代谢 242
13.2 海洛因成瘾机制 242
13.2.1 成瘾的受体机制 242
13.2.2 成瘾的神经递质机制 243
13.3 阿片类毒品与活性氧的关系 243
13.3.1 阿片类毒品诱发活性氧生成 243
13.3.2 阿片类毒品使机体抗氧化能力下降 244
13.3.3 阿片类毒品诱发全面的氧化性损伤 244
13.3.4 抗氧化剂缓解毒品依赖和戒断症状 245
13.4 阿片类毒品与活性氮的关系 246
参考文献 247
14 肥胖与自由基 249
14.1 肥胖引起氧化胁迫 249
14.2 肥胖引起硝化胁迫 251
14.2.1 肥胖降低机体NO的生成和生物利用度 251
14.2.2 肥胖上调eNOS的表达 252
14.2.3 肥胖引起硝化胁迫 253
14.3 肥胖相关疾病与活性氧有关 253
14.3.1 心血管疾病 253
14.3.2 高血压 254
14.3.3 胰岛素抵抗和2型糖尿病 254
14.3.4 癌症 255
14.3.5 衰老 255
14.4 减肥和限食都可缓解肥胖所致氧化和硝化胁迫 256
14.5 抗氧化剂减肥 258
参考文献 258
15 缺血再灌性损伤的自由基机制 260
15.1 与ROS的关系 260
15.2 与RNS的关系 262
15.2.1 NO降低ROS引起的白细胞的黏着和募集 262
15.2.2 NO改善内皮屏障功能紊乱 262
15.2.3 NO改善心肌损伤 263
15.2.4 NO的保护机制 263
15.3 缺血再灌损伤的防治 264
15.3.1 缺血预处理 264
15.3.2 缺血后处理 265
15.3.3 抗氧化疗法 265
参考文献 265
第三部分 自由基农学 269
16 植物活性氧的产生及防御 269
16.1 活性氧在植物中的产生 269
16.1.1 光合系统产生活性氧 269
16.1.2 非光合系统产生活性氧 270
16.2 植物对活性氧的特有防御机制 271
16.2.1 彻底防止活性氧的生成 271
16.2.2 抗氧化酶 271
16.2.3 植物线粒体解偶联蛋白 273
16.2.4 抗氧化剂 273
16.3 植物活性氧的作用 274
16.3.1 有益作用 274
16.3.2 有害作用 274
16.4 植物对活性氧的调控网络 275
16.4.1 正常条件下的调控网络 275
16.4.2 逆境条件下的调控网络 276
16.5 植物一氧化氮 276
16.5.1 功能 276
16.5.2 来源 276
参考文献 278
17 植物逆境胁迫与抗逆性 281
17.1 逆境诱导活性氧产生 281
17.2 逆境中活性氧的保护作用 282
17.2.1 活性氧调控抗性基因 282
17.2.2 活性氧诱导性地提高抗逆性 282
17.2.3 活性氧的信使作用 282
17.3 逆境中活性氧的损伤作用 283
17.3.1 对细胞器的损伤 283
17.3.2 对ROS防御系统的双相作用 284
17.4 提高抗氧化能力以提高抗逆性 284
17.5 逆境胁迫与NO 285
参考文献 285
18 植物遭病原菌侵染后产生活性氧 288
18.1 植物遭病原菌侵染后活性氧的产生 288
18.2 侵染中活性氧的产生机制 288
18.2.1 活性氧的产生部位和参与的酶 288
18.2.2 活性氧产生的信号调控途径 289
18.3 活性氧在植物防卫中的作用 289
18.3.1 参与过敏反应 289
18.3.2 直接杀伤病原菌 290
18.3.3 强化细胞壁 290
18.3.4 合成植保素 290
18.3.5 调控防卫基因表达 291
18.4 三种疾病实例 291
18.4.1 马铃薯晚疫病 291
18.4.2 稻瘟病 292
18.4.3 细菌病害中的过敏反应 292
参考文献 292
常用缩略词 295
索引 297