活性酸素について調べてみた

この記事では、活性酸素について、どんな種類があるか。どこでつくられるか。なぜ活性酸素ができるのか。活性酸素を消去する酵素や抗酸化物質。活性酸素の害。活性酸素を消去する食べ物について調べました。

酸素

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活性酸素とは

活性酸素とは、普通の酸素に比べ著しく反応性が増した酸素や酸素を含む分子のことです。

活性酸素は1990年代に話題になり、体を錆びつかせる、老化や病気の原因になると知られるようになりました。

主な活性酸素は、以下の通りです。活性酸素種といわれます。

O2-・
(O2とも表記される)
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)
H2O2 過酸化水素
OH ヒドロキシルラジカル
1O2 一重項酸素

いろいろな記号がついています。ミトコンドリアのちからにはこのように書かれていました。

黒い点やマイナス記号などが肩についているのがわかる。黒い点「・」は不対電子というものの存在を表しており、これがある物質は非常に不安定で、他の不対電子を持つ物質と反応しやすい性質を持つ。

マイナス記号はその物質がどのくらい電荷を持っているかを示している。

不対(ふつい)電子を理解すると、不安定で反応しやすい性質が理解できるようになります。これは別記事にしました。活性酸素のラジカルを理解するために不対電子と共有結合について調べてみたです。

活性酸素のラジカルを理解するために不対電子と共有結合について調べてみた
この記事は、活性酸素について調べてみたの補足記事です。不対(ふつい)電子があると不安定になり他の物質と結合しやすくなるのはなぜなのか。原子が...

少し下図を見ながら解説します。

Oは酸素。Hは水素です。Oの周りとHの横に点がありますが、これが電子。Oの周りには2個ずつ配置できるようになっています。またHの横には電子が2個配置できます。

活性酸素

酸素分子から一重項酸素まで

酸素分子は、O2です。電子が1個しかない場所が2ヶ所ありますが、対称になっているからか、酸素分子はこれで安定しています。1個しかない電子を不対(ふつい)電子と呼びます。

次のスーパーオキシドは、O2-・です。酸素分子に比べて電子が1個増えました。それで左側が電子が2個になり、安定しますが、右側が1個のままなので不対電子となり、不安定になります。電子が1個増えたので電荷はマイナス(ー)になります。

一重項酸素は、酸素分子と電子の数は変わりません。ただ、電子の位置が変わり、Oの右側がカラになっています。この場所は電子を2個強く求めるため、不安定で強い酸化力をもちます。

過酸化水素

過酸化水素は電子だけを見ると安定しているのですが、実際には、不安定で酸素(O)を放出しやすい性質をもちます。酸化力は弱いです。

ヒドロキシルラジカル

ヒドロキシルラジカルは、過酸化水素からできます。不対電子があり強い酸化力があります。

活性酸素にはつくられる順番がある

上で紹介した主な活性酸素にはできる順番があります。ミトコンドリアのちからに書かれていたことをまとめました。

  • 酸素が電子を吸引して、スーパーオキシドになります。
  • スーパーオキシドは、酵素SOD(スーパーオキシドジスムターゼ)によって過酸化水素へと変えられます。
  • 過酸化水素は、例えば鉄イオン(Fe2+)から電子をもらって、ヒドロキシルラジカルに変わります。
    活性酸素の中でもこのヒドロキシルラジカルは酸化力が強く、スーパーオキシドの100倍の酸化力をもち、遺伝子や細胞膜を傷つける主な原因になっています。
  • 通常の酸素が紫外線(UV)によって電子の配置が変化し酸化力の強い一重項酸素になります。

ラジカル

スーパーオキシドとヒドロキシルラジカルがつくられる反応の1例です。2価の鉄イオンは、体の中に吸収されやすいのですが、フェントン反応によってヒドロキシルラジカルをつくることにも関わります。

スーパーオキシドの産生
(さまざまな反応の副産物)
O2+e→O2-・
Fenton反応 Fe2++H2O2→Fe3++OH+OH

どこでつくられるか?

活性酸素はどこでつくられるかご存知ですか?以前はよくスポーツと関係づけられていたので、ばく然と血管の中かなと思っていました。

答えは、主にミトコンドリアです。

ミトコンドリアでつくられるということは・・・。

細胞の中にたくさんあるミトコンドリア

ミトコンドリアは細胞の中にある細胞内小器官の一つです。酸素を取り込んでエネルギーATPをつくるところです。

私は高校の時に生物を選択したので、何となく細胞の画を覚えています。それが頭の中に刷り込まれていたので、細胞の中にミトコンドリアは1個しかないのだと思い込んでいました。

ところが、1個の細胞の中には平均、数百のミトコンドリアがあるのです。

ヒトにおいては、肝臓、腎臓、筋肉、脳などの代謝の活発な細胞に数百、数千個のミトコンドリアが存在し、細胞質の約40%を占めている。平均では1細胞中に300-400個のミトコンドリアが存在し、全身で体重の10%を占めている。(出典

全ての細胞で活性酸素がつくられる

ミトコンドリアは全ての細胞にあります。ということは、全ての細胞で活性酸素がつくられるということです。血管の中だけどころの話ではありません。

もちろん、肝臓、腎臓、筋肉、脳にはたくさんのミトコンドリアがあるので、活性酸素も活発につくられます。場所によってその量は変わってくるでしょう。

しかし、基本的に、全ての細胞で常に活性酸素がつくられているのです。

なぜ活性酸素ができるのか

ミトコンドリアではATP(エネルギー)をつくります。その中の電子伝達系という経路から電子がもれ、近くにある酸素に吸収されてスーパーオキシドができてしまいます。

その割合は、0.2~2%だとか。「ミトコンドリアのちから」に書かれていました。

私たちが呼吸で取り込む酸素のほとんどはエネルギー合成に利用されて水に変換されるが、〇.二%から二%の酸素が体内で活性酸素になってしまうといわれている(数値に幅があるのは、活性酸素を体内で正確に測定することが難しく、どうしても概算になってしまうためだ)。

もちろん、活性酸素がつくられているだけと体に害があるので、体は活性酸素を消去する仕組みを持っています。

活性酸素を消去する

活性酸素を消去するため、酵素と抗酸化物質が存在します。消去する物質はスカベンジャーと呼ばれています。「ミトコンドリアのちから」からです。

生体内には活性酸素を無毒化する酵素が数多く備わっていると書いたが、このような酵素は活性酸素を掃除するという意味で、「スカベンジャー」と呼ばれている。

スーパーオキシドジスムターゼ(SOD)やカタラーゼ、グルタチオンペルオキシダーゼ、シトクロムc過酸化酵素などがその代表例だ。

SODには三種類あって、そのひとつであるマンガン依存性SOD(Mn-SOD)は、ミトコンドリアに存在する。

このMn-SODは活性酸素の出現状況を把握し、活性酸素が増えるとそれに対応して自分の量を増やすこともできる。

Mnはマンガンの元素記号です。

消去する酵素

上で出てきた酵素について、どんな反応をするのか調べました。

スーパーオキシドジスムターゼ(SOD) O2-・+O2-・+2H→ H2O2+O2
カタラーゼ 2H2O→ 2H2O+O2
グルタチオンペルオキシダーゼ(Se依存性) 2GSH+H2O2→GS-SG+2H2O
シトクロムc過酸化酵素 2フェロシトクロムc + H2O2 ⇄ 2フェリシトクロムc+2H2O

SODは有名な酵素です。しかし、この反応でできる過酸化水素も活性酸素の一つなので、少々疑問に思いました。

しかし、活性酸素と抗酸化物質の化学を読むとこのように書かれていました。

SOD はスーパーオキシドを消去するが,その際に過酸化水素が生成してしまう.したがって,カタラーゼと SOD が協同的に働くことにより,活性酸素から生体を防御している.

なるほど、SODはスーパーオキシドを消去するという意味でスカベンジャーです。反応によって生成される過酸化水素は他の酵素に水に分解してもらうのだと、次に働く酵素と合わせてセットで考えるとよいですね。

SOD以外の酵素は、確かに過酸化水素を水に分解する酵素です。

また、フェロシトクロムcは、タンパク質なので、巨大すぎて化学式では書けません。

抗酸化物質

再び「ミトコンドリアのちから」からです。

ビタミンCやビタミンEは優れたスカベンジャーとして知られている。ニンジンなどの緑黄色野菜に含まれるβ-カロテンが高い抗酸化効果を持つことを聞いた人もいるだろう。

植物は光合成で酸素を放出するので、常に活性酸素の危険に晒されている。そのため強力なスカベンジャーを持っているのである。

このほか、お茶に含まれるカテキンや植物中のフラボノイドも有名であるし、CoQもミトコンドリアの外では抗酸化物質として働く。

今は、活性酸素より抗酸化物質の方がよく知られていています。この中から、ビタミンC、ビタミンEについて、活性酸素と抗酸化物質の化学に知りたいと思っていた反応式が出ていたので、書き写します。

ビタミンCの抗酸化作用

活性酸素と抗酸化物質の化学では、このように説明されていました。

アスコルビン酸は,活性酸素に電子を 1 つ渡すと自らはラジカルとなるが,このラジカルは Fig. 3 (注:下図のこと)に示すように共鳴により安定化される.

このようなラジカルの安定化が,ほかの分子を次々とラジカルにしていくような連鎖反応を防ぐとともに,自らは不均化してデヒドロアスコルビン酸となる.

このような抗酸化作用からアスコルビン酸は食品添加物として広く使用されている.

「共鳴により安定化される」の意味が文系の私には分かりません。ウイキペディアで共鳴理論を読みましたが、理解できないので説明できません。

不均化についても同様です。

ただ、このような変化によって他の分子をラジカル化してしまうことはなくなると記憶にとどめたいと思います。

アスコルビン酸抗酸化

ビタミンEの抗酸化作用

同じく活性酸素と抗酸化物質の化学では、このように説明されていました。

α-トコフェロール(ビタミン E)もまた抗酸化作用を示すことが知られている.アスコルビン酸は水溶性が高いのに対し,α-トコフェロールは脂溶性が高いため生体膜などの疎水性部分に分布し,その周辺で発生したラジカルを効率よく消去することができる.

α-トコフェロールは脂質ペルオキシラジカル(LOO・)のようなラジカルを 1 電子還元すると,自らはラジカルとなるが,Fig. 4 (注:下図のこと)のようにやはり共鳴によりラジカルが非局在化して安定化される.

さらに α-トコフェロールから生じたラジカルはもう 1 分子の脂質ペルオキシラジカルと反応して非ラジカルとなる.

図中、α-トコフェロールには脂肪酸のような炭化水素鎖がついていますが、その下の反応物にはついていません。しかし、これは炭化水素鎖が長いため、C16H33と書いて省略してあります。

脂質ペルオキシラジカル(LOO・)について少し説明します。

脂質はLHと書かれます。Lは脂質(Lipid)で、Hは水素です。脂質(LH)は、活性酸素ヒドキシルラジカル(・OH)によって、水素を引き抜かれると、脂質ラジカル(L・)になります。

脂質ラジカル(L・)は、酸素分子(O2)と反応して、脂質ペルオキシルラジカル(LOO・)になります。

この反応では、α-トコフェロールから水素を引き抜き、脂質ヒドロペルオキシド(過酸化脂質:LOOH)になっています。

α-トコフェロール抗酸化

どんな害があるか?

活性酸素による害は、老化や病気の原因になるといわれています。

老化や病気の原因になる

活性酸素と抗酸化物質の化学には、次のように書かれていました。

活性酸素は老化や多くの生活習慣病にかかわっているとされる.

生体内で発生した活性酸素との関連が示唆されている疾病は,動脈硬化,心筋梗塞,がんのほかにも,パーキンソン病,アルツハイマー病,多発性硬化症,白内障,気管支喘息,潰瘍性大腸炎,糖尿病,自己免疫疾患など枚挙にいとまがない.

これだけ重大な病気が並ぶと、何でもかんでも活性酸素が関係しているのだなと思います。しかし、一方で、老化は誰にでも当たり前のことだから仕方がないとか、今日発生した活性酸素ですぐに病気になるわけでもないから・・・という気持ちにもなります。

こういうときは、活性酸素の仕組みを使った薬品のことを知ると、活性酸素が無視できないものだと分かります。

体の中の異物「毒」の科学 ふつうの食べものに含まれる危ない物質 に除草剤パラコートが効く仕組みが解説されていました。

除草剤パラコートが植物を枯らす仕組み

パラコートは電子をもったラジカルになり、酸素をスーパーオキシドからヒドロキシルラジカルに変え、この反応を繰り返すことで、植物を枯らします。

いままで書いて来たことと重複がありますが、復習だと思って読んでいただけたら幸いです。

繰り返しヒドロキシルラジカルができる

パラコートは植物細胞に入った後、光合成の電子伝達系から電子を奪う。電子を得たパラコートは、矢印の下に示すようにプラス電荷が消えてラジカル(遊離基)になる。

ラジカルとは、不対電子をもつ分子をいう。この分子は、先ほど奪った電子をこんどは与えやすい性質をもつ。

その電子を酸素に与えると、もとのパラコートに戻り、電子をもらった酸素の側はスーパーオキシド(O2)に変換される。

スーパーオキシドは、スーパーオキシドジスムターゼという酵素の作用によって(あるいは酵素が存在しなくても)、迅速に過酸化水素(H2O2)になる。

過酸化水素は、細胞内の2価鉄イオンから電子を奪ってヒドロキシルラジカル(・OH)を生成する。これをフェントン反応という。

ヒドロキシルラジカルは反応性がきわめて高く、脂質やタンパク質、遺伝子など、すべての有機分子と反応してこれらの機能を障害する。

さらには、いわゆる連鎖反応を起こして、細胞に強い酸化ストレスをかける。

しかも、もとに戻ったパラコートは光合成の電子伝達系からふたたび電子を奪い、何度でもこの反応を繰り返すことができる。

つまり、触媒として次々にヒドロキシルラジカルを発生して細胞に障害を与えるために、やがて植物が枯れることになる。パラコートに除草効果があるのはこのためだ。

パラコート

パラコートの反応

体の外から、電子を奪って酸素に渡し続ける物質が入って来ると、酸化力の強いヒドロキシルラジカルが継続的に発生し、やがて枯れてしまう・・・。

このような話を読むと、24時間活性酸素が発生するのは仕方がないことだとしても、その害が体になるべく影響しないようにしたいと思うようになります。

活性酸素を除去する食べ物

活性酸素の害を減らすには、上で出てきた抗酸化物質、ビタミンCやビタミンEをたくさん含む野菜、β-カロテンを含む野菜、また、お茶に含まれるカテキン、フラボノイドなどのポリフェノールもよく知られています。それらを意識して食べるようにするとよいでしょう。

サプリメントには注意して

抗酸化作用のあるビタミンEやβ-カロテンだけとっても効かないかもしれないよという記事で、ビタミンEやβ-カロテンを単独で飲んでいると、逆効果になることがある話を書きました。

抗酸化作用のあるビタミンEやβ-カロテンだけとっても効かないかもしれないよ
この記事では、サプリメントでビタミンE、β-カロテンをそれぞれ単独で摂っていても効果が出ない結果になった実験について書きます。かなり大がかり...

私は野菜や果物のことをよく知って食べることが一番よいと思っています。

ビタミンC

ビタミンCについて、このブログで8個記事を書きましたので、そちらをご覧下さい。かなり詳しく調べました。

「ビタミンC」の記事一覧です。

ビタミンE

ビタミンEについては、ビタミンEには抗酸化作用があるという記事を書きました。

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この記事では、ビタミンEについて、どのようなものなのか。ビタミンEの作用、欠乏するとどうなるのか。ビタミンEの効果、1日の摂取量、ビタミンE...

ビタミンEの作用、欠乏するとどうなるのか。ビタミンEの効果、1日の摂取量、ビタミンEが多い食品、そして発見の歴史について調べてあります。

β-カロテン

β-カロテンは、ビタミンAの前駆物質です。具体的には、ビタミンAが2個結合しているのがβ-カロテンです。

ビタミンAは過剰摂取に注意するという記事を書きました。

ビタミンAの種類と、ビタミンAの作用と欠乏した場合に期待できる効果、1日の摂取量、ビタミンAが多い食品、過剰摂取には害があることを調べました。

ビタミンAは過剰摂取に注意する
この記事では、ビタミンAの種類と、ビタミンAの作用と欠乏した場合に期待できる効果、1日の摂取量、ビタミンAが多い食品、過剰摂取には害があるこ...

私はサプリメントが好きではなく無駄な出費だとしか思っていないので、野菜を組み合わせて食べるのがよいと思います。

いろいろ調べてみて、この記事をここまで読んで来てくれた方にご提案したいのは、煎茶(せんちゃ)です。

煎茶を飲んで出がらしを食べるのはどうですか?

このブログを書き始めるまで、緑茶はカテキンとビタミンCが多いらしいということしか知りませんでした。

しかし、お茶を食べると栄養価の高い野菜だってを書くためにお茶を調べたらビックリしました。

お茶を食べると栄養価の高い野菜だって
緑茶は毎日当たり前に飲んでいるので、その価値をあまり考えたことはありませんでした。しかし、お茶がらを食べる話に驚いて調べてみると、栄養価がと...

この記事から栄養成分の表だけ持ってきました。まずはご覧下さい。ミネラルも、ビタミンも、食物繊維もとても多いです。そして、女性が気にする鉄分も(すごく)多い。

中でも、煎茶が一番バランスが取れているのです。そして、もちろん、値段も安い。

100gあたりの栄養成分(出典
玉露 せん茶 抹茶 紅茶
エネルギー 329kcal 331kcal 324kcal 311kcal
水分 3.1g 2.8g 5.0g 6.2g
たんぱく質 29.1g 24.5g 29.6g 20.3g
脂質 4.1g 4.7g 5.3g 2.5g
炭水化物 43.9g 47.7g 39.5g 51.7g
カリウム 2800mg 2200mg 2700mg 2000mg
カルシウム 390mg 450mg 420mg 470mg
マグネシウム 210mg 200mg 230mg 220mg
リン 410mg 290mg 350mg 320mg
10.0mg 20.0mg 17.0mg 17.0mg
0.84mg 1.30mg 0.6mg 2.10mg
βカロテン 21000μg 13000μg 29000μg 900μg
レチノール活性当量 1800μg 1100μg 2400μg 75μg
ビタミンD 0 0 0 0
ビタミンE 16.4mg 64.9mg 28.1mg 9.8mg
ビタミンB1 0.30mg 0.36mg 0.60mg 0.10mg
葉酸 1000μg 1300μg 1200μg 210μg
ビタミンC 110mg 260mg 60mg 0
食物繊維総量 43.9g 46.5g 38.5g 38.1g

β-カロテンに対して、レチノール活性当量は、ビタミンAの実質の量です。β-カロテンは数字が大きいですが、レチノール活性当量に換算すると1/12になります。β-カロテンは一応載せてありますが、ビタミンA効力は、レチノール活性当量です。

もし、お茶を普通に飲むだけなら、表に載せた成分の一部、お湯に溶けた分しか利用できません。しかし、出がらしも食べるなら話は別です。茶葉5gならこの1/20が成分量になります。

毎日飲んでいる煎茶の出がらしを食べるだけなので余分にお金はかかりません。

出がらしはおひたしだと思うと普通に食べられる

実は、私も記事を書いてから出がらしを食べるようになりました。

最初は、生ゴミになるものを食べるのかと、抵抗があったのですが、おひたしを食べるつもりでよく水を切って、醤油をかけて食べたらすぐに慣れました。

少しダシがきいている方がよいので、ポン酢やめんつゆをちょっとだけかけた方がおいしく食べられると思います。

煎茶はお茶屋さんでもスーパーでもコンビニでもどこでも買えます。高いのから安いのまであります。味が微妙に違うのも確かです。もちろん、安くておいしいのが理想です。

ためしにアマゾンで調べてみると《 私たちが作った“徳用煎茶”です 》 屋久島自然栽培茶「新緑」100g×3が、関東までの送料無料、1080円で販売されていました。レビューも70くらいついているので、なかなか売れているのでしょう。

鹿児島県は、知覧がお茶どころとして有名ですが、屋久島でも栽培されているとは知りませんでした。

もう一つ。これは知人から教わった方法なのですが、スーパーでお茶を買うなら、有名茶舗の一番安いお茶を買うのです。これはなかなか有効です。同じような金額でも味が違います。デパートの地下に行けばいろんなお茶屋さんがあります。

まとめ

この記事を書いて、一番の驚きは、活性酸素がすべての細胞でつくられることでした。

本文でも書きましたが、以前はスポーツとの関連で活性酸素について語られることが多かったので、特定の場所、特に血管の中でつくられるものだと思っていたのです。

また、活性酸素は100%悪者ではなく、体に入ってきた病原菌を殺したり、事前につくられた活性がない酵素タンパク質を、酵素として活性化させる働きもあるとミトコンドリアのちからに書かれていました。

もちろん、ストレスを始め、さまざまな原因で活性酸素が増える時代ですから、対策はした方がよいに決まっています。

相変わらず煎茶の出がらしを毎日食べています。よく水を切ると案外いけるものですよ。

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