活性酸素 ROS: 種類、産生部位、病気との関係など

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このページの最終更新日: 2022/07/26

  1. 概要: 活性酸素とは
  2. ROS の産生
  3. 食品中の ROS

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概要: 活性酸素とは

活性酸素種 (reactive oxygen species; ROS) とは反応性の高い酸素 oxygen を含む分子のことで、以下のような物質が有名である。

ヒドロキシルラジカル
Hydroxyl radical
·OH

ラジカル反応を引き起こす、反応性の高い活性酸素。

スーパーオキシドアニオン
Superoxide anion
O2-

電子伝達系 で、電子がリークして酸素に結合することで生じる。

過酸化水素
Hydrogen peroxide
H2O2

生体膜 を通過して拡散する。

一重項酸素
Singlet oxygen
1O2


活性酸素の構造

A = ヒドロキシルラジカル; B = ヒドロキシイオン; C = 三重項酸素 triplet oxygen; D = スーパーオキシドアニオン; E = ペルオキシドイオン peroxide ion; F = 過酸化水素; G = Nitric oxide. 画像は Public domain


ROS には、以下のような重要な生物学的特徴がある。

  • ROS は生体内の様々な物質 (タンパク質脂質 など) と反応し、それらの機能を阻害する。ROS による傷害は 酸化ストレス oxidative stress または酸化ダメージ oxidative damage と呼ばれ、酸化ダメージの蓄積が老化の一因と考えられている。ページ上方の「老化関連リンク」も参照のこと。
  • したがって、生物は ROS を消去する 抗酸化システム をもっている。これは SODカタラーゼ などの 酵素 (抗酸化酵素) を使うものと、ビタミン C などの抗酸化物質を使うものに大別される。
  • 一方、生体は ROS をうまく利用している面もある。例えば、マクロファージは体内に侵入した細菌を攻撃するのに ROS を使う。ROS は細胞内のシグナル分子としても使われる。

ROS の産生

ミトコンドリア で消費される酸素の 0.1 - 5% が活性酸素になる (2)。量的には、ミトコンドリアが ROS の主な発生源と言える。

とくに問題となるのは、ROS による酸化反応がさらに ROS を生成し、反応が連鎖的に続く 場合がある ことである。例えば、スーパーオキシドアニオンは反応性の高い窒素 (活性窒素 RNS)である一酸化窒素 NO・ と反応し、ペルオキシナイトライト peroxynitrate ONOO- を生成する (2I)。

また、過酸化水素は銅イオン Cu2+ などと反応し、ヒドロキシルラジカルを生成する。これは フェントン反応 Fenton reaction と呼ばれる反応で、ROS の中でも特に反応性の高い OH・の大部分を生成する反応である。


> アンモニア が水生植物で ROS を発生させることが示唆されている (1)。

  • 0 - 30 mg/L の濃度のアンモニアに曝露。カタラーゼ、グルタチオンペルオキシダーゼの発現が上がることから。
  • このほか、オゾン、塩分、乾き、熱、重金属、有機毒物などでも ROS が産生される。
  • 植物では、光合成の副産物として ROS が発生する。

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食品中の ROS

体内の ROS に比べて、食品中の ROS と病気の関係はあまり明らかになっていない (3I)。つまり、ROS を多く含む食品を食べたときの影響については、未知の点が多い。

> 摂取した ROS が膵臓 β 細胞を破壊し、I 型 糖尿病 を引き起こすことがある (3I)。

  • 鉄イオンは ROS と反応するため、鉄のサプリメントの有害性も指摘されている。

> 粉状の protein drink mix は、水に溶かした際に過酸化水素を生じる (3R)。

  • ルミノール反応で過酸化水素を検出。最初の 5 分が最も量が多く、1 時間後にはかなり減衰する。
  • カタラーゼを添加すると、ほとんど ROS は検出されなくなる。
  • アスコルビン酸は、過酸化水素の産生につながる恐れがあり、推奨されないようである。

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References

  1. Nimptsch 2007a Ammonia triggers the promotion of oxidative stress in the aquatic macrophyte Myriophyllum mattogrossense. Chemosphere 66, 708-714.
  2. Mugoni et al. 2014a Analysis of oxidative stress in zebrafish embryos. J Vis Exp 89, e51328.
  3. Boatright 2013a. Hydrogen peroxide generation from hydrated protein drink mixes. J Food Sci 78, C1651-1658.

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