細胞衰老的原因：自由基學說詳細介紹其概念、來源、性質、與細胞衰老的關系及其防御系統與抗衰老機制。以便對高中生物教師分析細胞衰老的原因做補充。（一）自由基的概念首先明確什么叫自由基，自由基的另一個說法叫做游離基，這些游離基包括原子或原子團、分子或離子，概括來說自由基是一類具有未配對電子的化學實體。在機體內，自由基是由物質氧化代謝而產生的。自由基的種類很多，其中性質十分活潑的是活性氧(ROS)。所謂活性氧是通過直接或間接方式形成的氧自由基及其衍生物，因為比氧的活性高，故叫活性氧。（二）自由基的來源機體內自由基的主要來源有多方面。1、呼吸鏈產生的自由基，例如超氧陰離子自由基O2-、過氧化氫H2O2和羥自由基(·OH-)，它們是細胞進行正常需氧代謝時線粒體呼吸鏈的副產物。氧自由基主要來源于代謝旺盛的腦、心肌、肌肉的線粒體。這里補充呼吸鏈的概念：線粒體基質是呼吸底物氧化的場所，底物在這里氧化所產生的NADH和FADH2將質子和電子轉移到內膜的載體上，經過一系列氫載體和電子載體的傳遞，最后傳遞給O2生成H2O。這種由載體組成的電子傳遞系統稱電子傳遞鏈，因為其功能和呼吸作用直接相關，亦稱為呼吸鏈。2、脂質過氧化及其他大分子降解時的副產物是H2O2。脂質過氧化產生氧自由基、烷氧自由基、烷基自由基及擴散醛類。3、巨噬細胞吞噬細菌或病毒感染細胞時呼吸爆發的產物，所產生的自由基是O2-和H2O2。中性粒細胞在激活劑作用下發生呼吸爆發也產生O2-。4、細胞色素P450酶系在發揮其對食物的解毒作用時產生活性氧。細胞色素P450酶系化學本質是一族蛋白質，在真核生物中，作為一種膜結合蛋白，主要分布在內質網和線粒體內膜上。P450酶系作用之一是針對外源性物質包括人工合成的化學品（農藥、致癌物、藥物、抗氧化劑、添加劑、麻醉劑等）起到解毒與活化作用。5、在代謝中，自由基不斷產生，也被不斷清除，當清除ROS的能力和抗氧化能力下降時，則ROS增加，最后導致細胞凋亡。此外電離輻射、光敏作用、甚至機體劇烈運動都會產生自由基。（三）自由基的性質自由基是強氧化劑，性質相當活潑，原因是在結構上有一個未配對的電子，使自由基易獲得或失去一個電子形成鍵。自由基的特點概括來說，它是帶有不配對電子，所以不穩定，容易失去電子，表現為活性高，可與體內生物大分子作用。（四）自由基與細胞衰老的關系在代謝中，如果自由基的產生與清除平衡被破壞，自由基就會積累而危害機體，導致發生各種疾病、衰老及致癌等。由自由基介導所致的衰老表現在以下幾方面。脂質過氧化引起的細胞衰老自由基對機體損傷的重要方面是產生脂質過氧化物，脂質過氧化物的主要產物可與脂類、蛋白質類、糖類及核酸類進行交聯、斷裂等反應，使生物膜變性，膜的多種功能受損，組織破壞并老化。氧化是導致細胞衰老的主要原因，體內自由基及脂質過氧化物隨年齡增加而升高。老化細胞蛋白質的緩慢消旋、膜脂質成分改變、線粒體內膜自由基及來自溶酶體的脂褐素隨年齡的增加而增加，這些都說明脂質過氧化既是細胞膜衰老的誘因也是細胞衰老的結果。自由基損傷核酸所致的細胞衰老自由基的強氧化作用，直接或間接地引起DNA損傷，危害機體。自由基引起DNA損傷的方式有：有氧氧化、甲基化、脫氨基、脫嘌呤等作用，結果造成堿基片段丟失，堿基修飾及插入突變等。損傷后的DNA一般不易被降解或直接修復，未被修復的DNA損傷片段積累于基因組中，使mRNA的產生隨增齡而下降，最終加速細胞衰老甚至死亡。氧自由基(O2-和H2O2等)破壞核酸是通過進攻嘌呤堿基和嘧啶堿基實現的。后者形成嘧啶堿加成物，在有氧條件下生成嘧啶過氧化物；無氧下生成乙醇酸。核酸結構或代謝調節控制改變是導致機體衰老的主要因素，顯示衰老的發生首先是代謝調控的改變，其次才是結構的改變。自由基介導線粒體DNA損傷所致的細胞衰老ATP在衰老變化過程中，以ATP為主要能源的器官組織是代謝旺盛的腦、心臟、肌肉組織，這些組織隨著增齡，線粒體氧化磷酸化產生的自由基逐漸積累，到一定程度時損傷線粒體DNA，影響線粒體tRNA、rRNA及蛋白質合成。線粒體結構和功能的退化，首先表現為衰老。4、自由基損傷蛋白質所致的衰老根據近年來的研究，衰老組織中蛋白質的合成同年幼細胞一樣是正確的可靠的。蛋白質和脂類物質一樣，容易受活性氧自由基攻擊，肽鏈中的二硫鍵和幾種氨基酸(如Cys、His等)殘基易發生自由基介導的修飾反應，結果肽鏈斷裂或結構改變。同時其中有五種氨基酸(Cys、His、Met、Trp和Tyr)還是多種酶的活性部位的必需基團，由于氧化損傷作用而影響酶功能。如老年斑(脂褐素)是蛋白質與DNA，脂質過氧化物、糖、色素、金屬離子等的交聯物。總之，在老化過程中蛋白質的變性是一個復雜過程。變性蛋白質分子的積累將導致整個機體的衰退。（五）自由基的防御系統與抗衰老機制自由基的防御系統亦叫清除系統，是氧化應激自然產生的結果，也是相生相克的產物。機體中自由基不斷產生，又不斷被清除，在正常生理情況下，處于動態平衡之中。據統計，正常細胞內每天能產生1011個ROS分子，當自由基的防御系統表現正常功能時則能延緩衰老。自由基的防御系統有人把它們分為兩類，一類是酶促防御系統，超氧歧化物酶(SOD)是細胞內RO