活性酸素のソースを表示

[[ファイル:Role_of_reactive_oxygen_species_in_development_of_cancer.png|サムネイル]]{{出典の明記| date = 2008年7月}}
{{Expand English|Reactive oxygen species|date=2024年5月}}
'''活性酸素'''（かっせいさんそ、{{lang-en-short|Reactive Oxygen Species, '''ROS'''}}）とは、大気中に含まれる[[酸素]]分子が、より反応性の高い化合物に変化したものの総称である<ref name=yoshikawa2000_13>吉川敏一,河野雅弘,野原一子『活性酸素・フリーラジカルのすべて』([[丸善]] 2000年)p.13</ref>。一般的に[[スーパーオキシドアニオンラジカル]]（通称[[スーパーオキシド|スーパーオキシドイオン]]）、[[ヒドロキシルラジカル]]、[[過酸化水素]]（ペルオキシドイオン）、[[一重項酸素]]の4種類とされる<ref name=yoshikawa2000_13/>。

活性酸素は、酸素分子が[[不対電子]]を捕獲することによって、[[スーパーオキシド]]、[[過酸化水素]]、[[ヒドロキシルラジカル]]、という順に生成する<ref name=obi>[http://www.obihiro.ac.jp/~rhythms/LifeRh/02/AgingMechanisms.html 老化のメカニズム]</ref>。スーパーオキシドは酸素分子から生成される最初の還元体であり、他の活性酸素の[[前駆体]]であり、生体にとって重要な役割を持つ[[一酸化窒素]]と反応してその作用を消滅させる<ref>[[#吉川 1997|吉川 1997]] pp.7-8</ref>。活性酸素の中でもヒドロキシルラジカルは、極めて反応性が高い[[ラジカル (化学)|ラジカル]]であり、活性酸素による多くの生体損傷は、ヒドロキシルラジカルによるものとされている<ref name=yoshikawa1997_10>[[#吉川 1997|吉川 1997]] p.10</ref>。

過酸化水素の反応性はそれほど高くなく、生体温度では安定しているが、金属イオンや光により容易に分解して、ヒドロキシルラジカルを生成する<ref name=yoshikawa1997_9>[[#吉川 1997|吉川 1997]] p.9</ref>。活性酸素は1 日に細胞あたり約10 億個発生し、これに対して生体の活性酸素消去能力（抗酸化機能）が働くものの活性酸素は細胞内のDNAを損傷し、平常の生活でもDNA 損傷の数は細胞あたり一日数万から数10 万個になるが、DNA 損傷はすぐに修復される（[[DNA修復]]）<ref>{{Cite journal|和書|author=中村仁信 |title=放射線と発がん : 福島原発放射能漏れを考える |journal=癌と人.別冊 |publisher=大阪癌研究会 |year=2011 |month=jun |issue=38 |naid=120004850281 |url=https://hdl.handle.net/11094/17919}}</ref>。

== 活性酸素の種類 ==
活性酸素には、[[フリーラジカル]]とそうでないものがある。スーパーオキシドアニオンラジカルや[[ヒドロキシルラジカル]]はフリーラジカルである。[[過酸化水素]]や[[一重項酸素]]はフリーラジカルではない。広義の活性酸素には[[一酸化窒素]]、[[二酸化窒素]]、[[オゾン]]、[[過酸化脂質]]を含む。

; ラジカル (+)<ref name=yakushi.127.1997>國友勝、「[https://doi.org/10.1248/yakushi.127.1997 酸化ストレスと動脈硬化]」『YAKUGAKU ZASSHI』 2007年 127巻 12号 p.1997-2014, {{doi|10.1248/yakushi.127.1997}}</ref>
: スーパーオキシド <chem>O2 ^{\cdot -}</chem>
: ヒドロキシルラジカル <chem>OH ^{\cdot}</chem>
: ヒドロペルオキシラジカル <chem>HOO ^{\cdot}</chem>
: ペルオキシラジカル <chem>LOO ^{\cdot}</chem>
: アルコキシラジカル <chem>LO ^{\cdot}</chem>
: 二酸化窒素 <chem>NO2</chem>
: 一酸化窒素 <chem>NO</chem>
: チイル/ペルチイルラジカル <chem>RS^{\cdot} / RSS^{\cdot}</chem>
: 1重項酸素 <chem>{}^1O2 \Sigma g+</chem>

; ラジカル (-)<ref name=yakushi.127.1997 />
: 過酸化水素 <chem>H2O2</chem>
: 1重項酸素 <chem>{}^1O2 \Delta g+</chem>
: 膜質ヒドロペルオキシド <chem>LOOH</chem>
: 次亜塩素酸 <chem>HOCl</chem>
: オゾン <chem>O3</chem>
: ペルオキシ亜硝酸 <chem>ONOO-</chem>

== 活性酸素と人体の関係 ==
多くの[[好気性生物]]は、生命維持に必要な[[エネルギー]]を得るため、[[ミトコンドリア]]で絶えず[[酸素]]を消費している<ref>高倉久志、「[https://doi.org/10.20693/jspehss.68.36_2 運動時における筋細胞内の酸素運搬]」『日本体育学会大会予稿集』 日本体育学会第68回大会 (2017) , {{doi|10.20693/jspehss.68.36_2}}</ref>。これらの酸素の一部は、代謝過程において活性酸素と呼ばれる反応性が高い状態に変換されることがある<ref>[http://www.med.osaka-cu.ac.jp/fatigue/topics/hirou.html 疲労のメカニズム解明：疲労の原因は活性酸素だった 最新トピックス 疲労と活性酸素] 大阪市立大学大学院 医学研究</ref><ref name=toho/>{{信頼性要検証|date=2012年10月}}。
<!--
一部の表現正確性に問題があるためコメントアウトします。
活性酸素・フリーラジカルは生命を維持するために無くてはならないもので、[[肺]]から取り込んだ酸素は[[赤血球]]中の[[ヘモグロビン]]により全身の細胞に運び込まれ、細胞中のミトコンドリアで酸素は糖質から電子を奪いスーパーオキシド→過酸化水素→ヒドロキシラジカルを経て水になる。つまりこの反応中に酸素は何度か活性酸素・フリーラジカルに変わる。この過程をミトコンドリア電子伝達系といい、食事で摂取した[[炭水化物|糖質]]がこれによって[[アデノシン三リン酸]]（ATP）というエネルギー物質に変わる。
しかし全ての活性酸素・フリーラジカルが水になる訳ではなく、・・・
-->
呼吸鎖で活性酸素を生成するのは、主に[[ミトコンドリア]]中の[[電子伝達系]]の複合体Ⅲにおける反応である。
*'''ユビキノール'''+2[[シトクロム]]c<sup>3+</sup>+2H<sup>+</sup>in → ユビキノン+2'''シトクロムc<sup>2+</sup>'''+4H<sup>+</sup>out
[[ユビキノン]]（Q）は複合体Ⅰ（NADH-CoQレダクターゼ）または複合体Ⅱ（コハク酸-CoQレダクターゼ）によって還元されて[[ユビキノール]]（QH2）となる。QH2は引き続いて1電子酸化を行ってユビセミキノン（・Q-）へ、さらにもう1電子酸化を行って元の酸化状態のユビキノン（Q）に戻るが、このときの不安定な中間体であるユビセミキノン（・Q-）は酸素と直接に反応してスーパーオキサイドアニオン（O2-）を生成しやすい。この活性酸素発生率は摂取する酸素量の1-3%であると言われている<ref name=obi/><ref name=shibata>{{Cite journal|和書|author=柴田均 |title=活性酸素はすべて悪玉か? |journal=日本農芸化学会誌 |issn=00021407 |publisher=日本農芸化学会 |year=2003 |month=jun |volume=77 |issue=6 |pages=573-575 |naid=130001225676 |doi=10.1271/nogeikagaku1924.77.573 |url=https://doi.org/10.1271/nogeikagaku1924.77.573}}</ref>。このため人体では1日100リットル以上の活性酸素が発生していると言われている<ref name=shibata/>。しかし、実際の発生率は0.1-0.2%であるとも言われている<ref name=toho>[http://www.mnc.toho-u.ac.jp/v-lab/aging/doc3/doc3-03-1.html 老化のメカニズム] （Dr.Gotoの老化研究所）</ref>{{信頼性要検証|date=2012年10月}}。

発生した活性酸素・フリーラジカルは、様々な物質に対して非特異的な化学反応をもたらし、細胞に損傷を与え得るために、その有害性が指摘されている。それを防ぐために各組織には抗酸化酵素と呼ばれる、活性酸素・フリーラジカルを消去あるいは除去する酵素が存在する。その抗酸化酵素として、[[カタラーゼ]]や[[スーパーオキシドディスムターゼ]]、[[ペルオキシダーゼ]]など、活性酸素を無害化する酵素がある。

細胞内の酵素で分解しきれない余分な活性酸素は、癌や[[生活習慣病]]、老化など、さまざまな病気の原因であるといわれており、[[遺伝子操作]]によって、活性酸素を生じやすくした[[筋萎縮性側索硬化症]]のモデル動物も存在するが、[[因果]]関係がはっきりとしていないものも多い。なお、[[喫煙]]による活性酸素の増加が、細胞を傷つけ癌を増加させるのみでなく、ビタミンCの破壊を促進し、シミ（[[斑]]、[[肝斑]]）、くすみなどの原因となる[[メラニン]]を増加させてしまうことが知られている<ref>毎日新聞 2005/9/24</ref>{{信頼性要検証|date=2014-03}}。

活性酸素は高い反応活性を持つため、外部から入り込んできた異物（微生物）を排除することが出来るのがわかってきた。これらを応用して[[病気]]の治療薬や新薬の開発が期待される。

白血球などの[[好中球]]や[[マクロファージ]]が、体内の異物や毒物を認識し取り込み分解することは知られているが、この時に細菌などを分解するのに活性酸素が働いている。[[白血球]]（[[好中球]]）は、体内に[[細菌]]が侵入してくると捕獲（貪食）し、白血球は[[NAD(P)Hオキシダーゼ]]を使って[[NADH]]（[[NADPH]]）とH+と酸素を反応させて、[[過酸化水素]]を生成し、貪食されてもまだ増殖しようとする細菌を[[殺菌]]し、[[感染症]]から守る生体防御メカニズムを有する<ref>[http://www.ous.ac.jp/kikaku50/jei/bookmark/bm016e.html ：活性酸素 －解説 役立つ情報をあなたのポケットに！] 理大の栞16</ref>{{信頼性要検証|date=2012年10月}}。

体内で取り込まれた酸素から発生する活性酸素以外に、外的な要因で発生する活性酸素もある。[[紫外線]]や[[放射線]]が細胞に照射されると、細胞内に活性酸素が発生するのが知られている。これを利用したものに、[[悪性腫瘍|癌]]治療として[[放射線治療]]が有名である。

また活性酸素の呼ばれている物質の一部は、内因性に増殖の細胞内シグナルとして働く事が明らかになってきた<ref>{{cite journal | author=Sawa T | title=Protein S-guanylation by the biological signal 8-nitroguanosine 3',5'-cyclic monophosphate. | journal=Nat Chem Biol. | year=2007 | volume=3 | issue=11| pages=727-35 | pmid=17906641 }}</ref><ref>{{cite journal | author=Feelisch M | title=Nitrated cyclic GMP as a new cellular signal. | journal=Nat Chem Biol. | year=2007 | volume=3 | issue=11 | pages=687-8 | pmid=17948012 }}</ref><ref>{{cite journal | author=D'Autréaux B | coauthor=Toledano MB. | journal=Nat Rev Mol Cell Biol. | year=2007 | volume=8 | issue=10 | pages=813-24 | pmid=17848967 }}</ref>。

このように、生体と活性酸素の関係の有害・有用の両側面においての研究が行われている。

== 抗酸化物質と酵素 ==
{| class="wikitable floatright" style="font-size: small"
|+活性酸素種と除去する抗酸化物質<ref>{{cite book |和書|title=活性酸素|author=大阪武雄|coauthors = 日本化学会|publisher=丸善|year=1999|page=27|isbn=4-621-04634-9}}</ref>
!rowspan=2|抗酸化物質!! colspan=4|活性酸素種
|-
![[スーパーオキシドアニオン|O<sub>2</sub><sup>-</sup>]]
![[過酸化水素|H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>]]
![[ヒドロキシルラジカル|<sup>・</sup>OH]]
![[一重項酸素|<sup>1</sup>O<sub>2</sub>]]
|-
|[[スーパーオキシドジスムターゼ]]||{{yes}}||{{no}}||{{no}}||{{no}}
|-
|[[グルタチオンペルオキシダーゼ]]||{{no}}||{{yes}}||{{no}}||{{no}}
|-
|[[ペルオキシダーゼ]]||{{no}}||{{yes}}||{{no}}||{{no}}
|-
|[[カタラーゼ]]||{{no}}||{{yes}}||{{no}}||{{no}}
|-
|[[アスコルビン酸]] (V.C)||{{yes}}||{{yes}}||{{no}}||{{yes}}
|-
|[[システイン]]||{{no}}||{{no}}||{{yes}}||{{no}}
|-
|[[グルタチオン]]||{{no}}||{{no}}||{{yes}}||{{no}}
|-
|（[[リノール酸]]=>過酸化脂質）||{{no}}||{{no}}||{{yes}}||{{no}}
|-
|[[ビタミンE|α-トコフェロール]] (V.E)||{{no}}||{{no}}||{{yes}}||{{yes}}
|-
|[[カロテン|α-カロテン]]||{{no}}||{{no}}||{{yes}}||{{no}}
|-
|[[カロテン|β-カロテン]]||{{no}}||{{no}}||{{yes}}||{{yes}}
|-
|[[フラボノイド]]||{{no}}||{{no}}||{{yes}}||{{no}}
|-
|[[リボフラビン]] (B{{sub|2}})||{{no}}||{{no}}||{{no}}||{{yes}}
|-
|[[ビリルビン]]||{{yes}}||{{no}}||{{no}}||{{no}}
|-
|[[尿酸]]||{{no}}||{{no}}||{{yes}}||{{yes}}
|}
[[抗酸化物質]]には[[ビタミンC]]、[[ビタミンE]]、[[カロテノイド#βカロテン|ベータ・カロチン]]、[[ビタミンA]]、[[グルタチオン]]などがある。活性酸素を除去する酵素には上述のスーパーオキシドディスムターゼ、カタラーゼなどがある。

2010年、米国食品医薬品局（USDA）がかつて[[食材]]や健康食品の抗酸化能力の指標として[[ORAC]]を含む数値を公開していたが<ref name=efsa>{{cite journal2|language=en |url=http://www.efsa.europa.eu/en/efsajournal/pub/1489.htm |doi=10.2903/j.efsa.2010.1489 |title=Scientific Opinion on the substantiation of health claims related to various food(s)/food constituent(s) and protection of cells from premature aging, antioxidant activity, antioxidant content and antioxidant properties, and protection of DNA, proteins and lipids from oxidative damage pursuant to Article 13(1) of Regulation (EC) No 1924/20061 |author=EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition and Allergies |journal=EFSA Journal |year=2010 |volume=8 |issue=2 |pages=1489|doi-broken-date=2015-01-14 }}</ref><ref name=USDAx>{{cite web |url=http://www.ars.usda.gov/services/docs.htm?docid=15866 |title=Withdrawn: Oxygen Radical Absorbance Capacity (ORAC) of Selected Foods, Release 2 (2010) |author= |date=16 May 2012 |work= |publisher=United States Department of Agriculture, Agricultural Research Service |accessdate=13 June 2012}}</ref>、USDAは、食物に含まれる抗酸化物質の強さが体内の抗酸化作用に関連しているという証拠がないため、Selected Foods Release 2(2010)表の[[酸素ラジカル吸収能]]（ORAC）を示す表を2012年に削除した<ref name="USDA">{{cite web |author=USDA |accessdate=2016/12/31|title=Oxygen Radical Absorbance Capacity (ORAC) of Selected Foods, Release 2 (2010)|url=http://www.ars.usda.gov/Services/docs.htm?docid=15866}}</ref>。

[[ビタミンE]]は、フリーラジカルを消失させることにより自らがビタミンEラジカルとなり、フリーラジカルによる脂質の連鎖的酸化を阻止する。発生したビタミンEラジカルは、[[ビタミンC]]などの[[抗酸化物質]]によりビタミンEに再生される<ref>平原文子、[https://doi.org/10.5264/eiyogakuzashi.52.205 ビタミンEと抗酸化性] 栄養学雑誌 1994年 52巻 4号 205-206頁, {{doi|10.5264/eiyogakuzashi.52.205}}</ref>。[[キサンチンオキシダーゼ]]は、[[キサンチン]]1分子から、[[尿酸]]と[[スーパーオキシド]](O<sub>2</sub><sup>-</sup>)をそれぞれ1分子生成する<ref>藤田直、「[https://doi.org/10.1248/yakushi.122.203 活性酸素，過酸化脂質，フリーラジカルの生成と消去機構並びにそれらの生物学的作用]」『YAKUGAKU ZASSHI』 2002年 122巻 3号 203-218頁, {{doi|10.1248/yakushi.122.203}}。</ref>。キサンチンオキシダーゼ阻害剤（[[フェブキソスタット]],[[トピロキソスタット]]）は、活性酸素種の生成を減少させる。

{{-}}

== 脚注 ==
{{Reflist|2}}

== 参考文献 ==
* {{Cite book|和書| author = [[吉川敏一]]| year = 1997| title = フリーラジカルの科学| publisher = [[講談社]]| series =| isbn = 4-06-153650-8| ref = 吉川 1997}}

==外部リンク==
* 早瀬文孝、「[https://doi.org/10.3136/nskkk1962.37.7_580 活性酸素]」『日本食品工業学会誌』 1990年 37巻 7号 p.580, {{doi|10.3136/nskkk1962.37.7_580}}

{{抗酸化物質}}
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[[Category:活性酸素|*]]
[[Category:健康]]
[[Category:毒]]
[[Category:加齢学]]
[[Category:フリーラジカル]]