上一篇文章我们讲了自由基的产生以及它对机体的作用，为了抵抗自由基，机体也进化出了各种机制，主要是SOD以及谷胱甘肽，线粒体里面还含有辅酶Q10，当然，这些都只是机体抵抗正常产生的自由基的过程，对于氧化应激，机体就会动用其它机制比如蛋白质水解，进而引发衰老、糖化等，其实抗氧化在人体功效测试上的指标很难体现，我们无法监测人体自由基的状况，有些会采用胶原流失、糖化终产物等指标，所以抗氧化多半采用体外测试，包括DPPH、Vc抗氧化实验、羟基自由基清除实验、超氧自由基清除实验等等，本文就抗氧化（抵抗自由基）的机理做一些简单的说明，可能有不对之处，恳请各位不吝赐教。

自由基一般是由化合物分子均裂产生的，含有一个未成对电子（自由基不会含有超过一个未成对电子），非常活泼，就像一个顽皮的孩子，它要到处去获取电子，让自己稳定下来。所以我们的思路一般是提供一些成分来让这些自由基消耗旺盛的精力而不是破坏机体正常的成分。

我们知道，自由基现在急需电子，所以我们提供的成分一般是具有强还原性（很容易失去电子）或者游离电子特别丰富，所以，我一般把这种抗氧化剂分为两类：强还原剂以及高电子云密度成分。

1、强还原剂

强还原剂也是我们最熟知的，比如Vc、Ve（生育酚）、辅酶Q10、各种植提（含有黄酮类、多酚、花青素等），这些成分可以很容易失去电子，当然失去电子之后的它们也会变成自由基，这也是目前有质疑额外补充抗氧化剂是否真的有用，因为这些自由基只是换了一种形式，并没有消失。但是这些抗氧化剂生成的自由基一般活泼性会大打折扣，并且很快会自己湮灭。

图1 生育酚

图2. 苯酚的氧化过程，酚类羟基上的氧属于SP2杂化，未成对的P电子与苯环形成p-π共轭，使苯环活化，因此更容易被氧化。但Ve乙酸酯是将Ve的酚羟基酯化了，一般是需要进入机体，被水解之后产生抗氧化效果。

图3. 维生素C的氧化过程Vc含有两个烯醇（2,3位），烯醇的结构非常不稳定，很容易被氧化。

烯醇和酮的结构之间可以相互转换，这也是某些我们看似不具备还原基团的成分却是非常重要的抗氧化剂，比如尿酸。

图4. 尿酸的化学结构

人类和灵长类动物在进化的过程中，丧失了合成Vc的能力，尿酸成了一种非常重要的抗氧化剂。现有大量的文献证明，尿酸能够维持SOD的活性，调节 机体的氧化还原状态。主要机理如图5，尿酸可在酮式和烯醇式之间转化（尿酸的酸性也是来源于此）。有研究猜测，人类以及灵长类动物的寿命比大多数哺乳动物长也是尿酸更高的缘故。在人类几十万年的进化过程中，尿酸一直保护着我们的身体，但是由于人类快速进入物质营养过剩的状态，我们机体还来不及适应。由于尿酸在水中溶解度低（尿酸溶解度低的分析见文末），高浓度的尿酸在关节处结晶，引发痛风，对身体造成巨大的伤害。

图5. 尿酸的酮与烯醇式转化，多酚形式是尿酸“酸”的来源，也是具有抗氧化能力的来源

化合物结构的自由转化是一个非常了不起的性质，还原形式的结构不稳定，可能还未被机体利用就已经失活。比如谷胱甘肽，谷胱甘肽的-SH的[H]很容易被夺去，然后两个谷胱甘肽自由基反应生成氧化型谷胱甘肽。谷胱甘肽是人体内非常重要且强大的抗氧化剂（见《抗氧化（一）——自由基的产生和作用》），但由于谷胱甘肽游离的-SH在水中容易水解生成H2S（非氧化，这个过程在水中就会缓慢发生，-SH变成-OH），我们在实验室简单测试了谷胱甘肽的水解过程，在常温下，半衰期＜40天，但是在冷藏的条件下，稳定性还是比较好的。目前谷胱甘肽还是用来做冻干比较多，但由于谷胱甘肽的特性，透过角质层进入皮肤有很大的难度，所以真正的效果可能会因为配方设计或因人而异。

图6 还原型谷胱甘肽和氧化型谷胱甘肽

麦角硫因恰好存在硫醇和硫酮结构的相互转换，这种结构既保护了-SH的抗氧化活性，又能在关键时刻起到抗氧化效果。另外细胞以及线粒体膜都存在OCTN1转运蛋白，很容易将麦角硫因转运至有效位置，进而发挥作用。（见《超级抗氧化剂！细数麦角硫因的神奇功效》）

图7. 麦角硫因

理论上，一个物质越容易失去电子，抗氧化性能越强。但机体内最重要、含量最多的抗氧化剂尿酸、谷胱甘肽等在体外抗氧化测试的效果中并没有多么惊艳的表现，但生命一般会选择最优解，至于抗氧化非常强大的成分是否真的能在人体起到效果，可能还有很多影响因素。

2、高电子云密度

在抗氧化的原料里面，还有一个很独特——富勒烯。可能还有前几年满世界炒得很火的石墨烯。富勒烯、石墨烯都是非常惰性的原料，为什么会有抗氧化的作用？

一般我们熟知的碳单质构成的化合物有金刚石（俗称钻石）和石墨（见图），金刚石晶莹剔透，坚硬无比，而石墨乌黑柔软，为什么同样的元素组成物质性质差别这么大（了解基础知识可参考《关于紫外、结构与吸收的那些事》）

图8 金刚石和石墨的结构

金刚石的碳原子是SP3杂化，组成正四面体结构，石墨的碳原子是SP2杂化，组成平面结构（石墨烯就是单层的石墨分子，英国的两个哥们用胶带一层一层的剥石墨，最后得到单分子层的石墨烯，获得了2010年的诺贝尔物理学奖）。由于石墨所有的碳原子都是SP2杂化，组成大的共轭结构，电子离域，可以游离出来，所以石墨是可以导电的（电子可以流动）。同样富勒烯的碳也是SP2杂化，电子云密度很高，这一颗富勒烯可以看成一个有大量电子环绕流动的球，由于自由基缺电子，看到这颗全是电子的球特别开心，就会被吸引上去，当两个自由基都被吸上去时，这两个自由基就会结合在一起，组成稳定的分子。理论上自由基也可以夺取富勒烯的电子，但富勒烯的电子吸附比较紧密，自由基一般拉不动，所以富勒烯这种可以持续的湮灭自由基，而自身不会被破坏。

图9 富勒烯的经典结构

（富勒烯有不同型号，常见的有C60/C70）

现在还有一个很火的超级抗氧化剂EUK134，它的抗氧化机理有两个方面：一是共轭结构带来的高电子云密度可以吸附自由基，二是它中心结合了一个金属锰（Mn）离子，我们知道Mn是一个多价态金属元素，有+2、+3、+4、+5、+6和+7价，说明锰元素具有很强的得失电子的特性，会更容易结合自由基。该机理可参考血红素运输氧气，血红素由卟啉环络合一个Fe离子组成，只有当Fe的价态是+2价的时候才可以携带O2，此时的Fe有多余的电子可以被O2络合，使Fe趋向于+3价的状态。但EUK134在水中稳定性比较差，很快失活。

图10. EUK134的结构

图11 血红素的结构

另外还有一些具有生理活性的成分，比如透明质酸、甘油葡糖苷、依克多因之类的在文献中也提到其抗氧化作用，这些成分不在这个机理之内，它们也不含有抗氧化的基团，但这些成分能起到抗氧化作用，可能更多的是在机体内激活或者保护了细胞本身的抗氧化机制，具体在此不讨论。

附1：尿酸的溶解性

有很多化合物看着全是亲水基团，但是溶解性很差，这里简单解释一下酰胺类的化合物溶解性。

图12、13、14显示了N-取代酰胺的电子效应，由于N上含有一个H，分子间会形成氢键，进而影响溶解能力。而N，N-二取代酰胺，N上没有H，所以不能形成分子间氢键，溶解能力又会有很大区别，见图15。

图12 N-取代酰胺的电子效应以及结构转换

图13. N-取代酰胺形成的分子间氢键

图14. N,N’-二取代酰胺的电子效应以及结构转换

图15.不同酰胺的结构以及在水中的溶解性

综上，我们可以看到尿酸、尿囊素、神经酰胺等原料都是N-取代酰胺，所以溶解性都不是很好。如何打破它们分子间的氢键才是溶解的关键（包裹除外）。

图16. 尿囊素

图17. 神经酰胺3（NP）

当然还有一个我们熟知的原料——透明质酸钠，透明质酸钠含有一个单取代乙酰氨基，它们也会相互之间形成氢键，而络合成更大分子量的基团。所以一般同分子量的透明质酸钠较其它多糖类的原料（如黄原胶、β-葡聚糖等）要更粘。很多含有酰胺基团的成分具有更强的络合水分的能力，可能也与此有关。（以上仅是简单分析，有不对之处，请指正）

图18. 透明质酸钠

附2. Vc的作用

《不爱吃蔬果的人，新年身上的旧伤疤都会重新裂开，包括你的痘印》

Hink, H. U . Peroxidase Properties of ExtracellularSuperoxide Dismutase Role of Uric Acid in Modulating In Vivo Activity[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2002, 22(9):1402-1408.