只存在萬億分之一秒，自由基對細胞和DNA的破壞，為什麼卻這大？

2020-08-07 博科園

自由基是具有未配對電子的原子或分子，可以對身體造成嚴重破壞，自由基就像被拋棄的情人，四處遊蕩去尋找另一個電子，最後留下了破碎的細胞、蛋白質和DNA。羥基自由基是化學上最具攻擊性的自由基，其存留時間僅為萬億分之一秒。當細胞中最豐富的分子水受到輻射，使其失去一個電子時，它們就形成了。在之前的研究中，能源部阿貢國家實驗室科學家琳達·楊領導的研究團隊觀察到了這些自由基的超快誕生。

只存在萬億分之一秒，自由基對細胞和DNA的破壞，為什麼卻這大？

這一過程在陽光誘導的生物破壞、環境修復、核工程和太空旅行等領域具有重要意義。現在研究團隊，包括能源部SLAC國家加速器實驗室的研究人員，已經梳理出羥基的獨特化學指紋，這將有助於科學家追蹤它在複雜生物環境中引發的化學反應，其研究成果發表在《物理評論快報》期刊上。在SLAC的直線加速器相干光源(LCLS)自由電子雷射器上：

只存在萬億分之一秒，自由基對細胞和DNA的破壞，為什麼卻這大？

科學家們用僅持續百萬億分之一秒的X射線脈衝，探測到了令人難以置信的短暫的羥基自由基。研究用X射線照射一束薄薄的雷射電離水，X射線的能量精確到激發自由基深處的電子，所以他們跳到了一個特定的更高軌道上。當電子穩定回到它們原來的軌道時，其中一小部分會發射帶有自由基獨特籤名或光譜的X射線。研究小組使用新的理論工具精確計算了這些X射線光譜，並破譯了它們包含的信息。

只存在萬億分之一秒，自由基對細胞和DNA的破壞，為什麼卻這大？

為了跟進，研究小組將研究電離輻射以更高的時間解析度，分解水的最初時刻發生了什麼，以了解更多關於這一過程的信息。沿著這條路走下去，希望在鹼性環境中研究類似的過程，這些過程既對基礎感興趣，也對核廢物修復等緊迫應用感興趣，這需要了解在經歷持續輻射轟炸的儲罐中發生的複雜化學物質。共振非彈性X射線散射(RIXS)為研究液體中超快動力學提供了極好的機會。

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在這裡，研究人員用RIXS研究了液態水中重要的羥基自由基OH(AQ)。純液態水的脈衝電離產生了一個短暫OH(Aq)群體，這是用x射線自由電子雷射飛秒x射線探測到的。研究發現，RIXS揭示了被強電荷轉移躍遷掩蓋在紫外吸收光譜中的局域電子躍遷，從而為研究水和多相環境中羥基自由基的電子結構和反應活性提供了一種方法，第一原理計算提供了主要光譜特徵的解釋。

只存在萬億分之一秒，自由基對細胞和DNA的破壞，為什麼卻這大？

博科園｜研究/來自：SLAC國家加速器實驗室

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.236001

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  • 「自由基,百病之源」,莫忽視「5大來源」,對抗自由基重在預防
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  • 自由基是什麼
    在生物體內，脂質的電子被搶奪，會氧化成老年斑；蛋白質的電子被搶奪，細胞功能將失常；基因的電子被搶奪，就會得癌症。大多數自由基都是細胞正常活動的副產品,好比盛宴之後廚房裡勢必會一片狼藉。因此,我們無法阻止自由基的形成。我們體內正常和必要的耗氧活動都會產生自由基,就連我們為了延長青春而做的練習也會增加自由基的數量。
  • 談談自由基的功與過
    自由基和衰老總是一起出現的，仿佛自由基就是衰老的「元兇」，今天，我們就來說說這個微小的物質，給人體帶來的巨大影響。自由基因為「失戀被甩」，成了孤家寡人，為了能夠繼續擁有穩定的關係，於是它就瘋狂地去找別人，甚至是搶奪別人的伴侶，並強迫對方和他組成伴侶，在自由基瘋狂地搶奪過程中，就有一些正常的細胞受到了破壞，對我們的身體產生多種影響，這些影響有利有弊。但是從現在的各項研究看來，弊大於利。
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    一顆星延生到衰亡需要數十億年，一個基本粒子從延生到衰亡需要數億分之一秒，關鍵是空間時間結合起來看。 首先生命細胞成長的環境不同，它只局限於地球環境，用地球環境的細胞類比宇宙之形是不切合實際的。因地球生命環境受外來制約之引力，其餘全部取決於地球！ 宇宙是什麼，目前我們的所學還真不清楚。
  • 長效型抗氧化蔬菜──青花菜,喚醒細胞消除自由基能力
    最主要是它具活化細胞整體對抗自由基的能力。與一般所謂抗氧化物質（如維生素C、E）直接與自由基反應、「同歸於盡」的作用機轉不同，蘿蔔硫素會活化細胞一整套消除自由基的酵素系統（Phase 2 Antioxidant Enzymes），喚醒細胞自身消除自由基的能力，由於作用機轉不同，人們吸收維生素C、E後對自由基的防護力較短暫，作用時間僅數小時，而蘿蔔硫素的防護力則可維持約3天。
  • 關於你應該知道的自由基的事實是什麼
    反應性自由基可以破壞細胞核和細胞膜中的重要分子，如DNA，蛋白質，碳水化合物和脂質。自由基也可以壓倒身體，導致炎症，加速衰老和氧化衰老。為了對抗自由基，增加來自不同來源的抗氧化劑的攝入量，因為這些可能會減慢甚至阻止分子的氧化。 如何發生自由基傷害？ 自由基通常在稱為脂質過氧化的過程中將自身分組在細胞膜中，導致細胞脂質更容易受到氧化損傷。脂質過氧化導致細胞膜變脆和滲漏，導致細胞分離並最終死亡。
  • 到底什麼是抗自由基
    自由基的定義是「不帶電子的分子（通常是高反應性和短壽命的）具有不配對的價電子」。根據「藥理學評論」，「活性氧和活性氮是由我們的身體通過各種內生系統產生的。「自由基可能是非常有害的，但它們在體內的生產肯定不是異常。儘管會加速老化過程，自由基也是免疫系統中的重要參與者。我們的身體產生自由基作為細胞反應，食物代謝，呼吸等重要功能的副產物。