概要

フリーラジカルとは、1個以上の不対電子を含む原子、分子、または分子断片のことであり、そのため常磁性を示し、化学的に高い反応性をもつ。フリーラジカルは不対電子を対にしようとして反応しやすく、しばしば周囲の分子から電子を引き抜いて連鎖反応を開始する。簡潔な定義と基本図についてはラジカルについてさらに読むを参照できる。電子対の考え方はラジカルの反応性を理解するうえで中心的であり、不対電子をもつ種は電子対形成による安定化を求める。

生成と代表的な種類

フリーラジカルは、共有結合のホモリティック開裂、酸化還元反応、または酵素反応によって生じる。生体内では、重要なラジカル群として活性酸素種と活性窒素種がある。真のラジカルの例には、ヒドロキシルラジカル（•OH）、スーパーオキシド（O2•−）、一酸化窒素（NO•）が含まれる。過酸化水素（H2O2）や次亜塩素酸イオン（OCl−）のようにラジカルと並んで扱われる反応性分子の中には、自身はラジカルではないが、条件が整うとラジカルを生じうるものもある。

供給源と生成

  • 内因性代謝：ミトコンドリア呼吸、炎症細胞の酵素、シトクロムP450反応。
  • 環境要因：紫外線、電離放射線、大気汚染、たばこの煙。
  • 酸化還元循環を起こす、またはラジカル形成を触媒する化学物質や薬剤。

生物学的役割と健康への影響

フリーラジカルは有用な生理機能も担う。たとえば免疫細胞は微生物を殺すためにラジカルを産生し、小さなラジカル分子はシグナル伝達のメッセンジャーとして働くことがある。しかし、ラジカル産生が抗酸化防御と修復機構の処理能力を上回ると、酸化損傷が生じうる。この損傷は脂質（脂質過酸化）、タンパク質（酸化と断片化）、核酸（鎖切断や塩基修飾）に及び、老化や、動脈硬化、神経変性、がんなどの病態に寄与する。

防御機構と抗酸化物質

体は、スーパーオキシドディスムターゼ、カタラーゼ、グルタチオンペルオキシダーゼといった酵素的防御と、グルタチオン、ビタミンC、ビタミンEのような非酵素的抗酸化物質によってラジカルに対抗する。食事由来および細胞内の抗酸化物質は、電子を制御された形で供与することでラジカル連鎖反応を中断する。食事中の抗酸化物質や過剰なラジカル曝露を減らす生活上の考え方については、抗酸化防御に関する資料を参照するとよい。

区別と注目点

真のフリーラジカル（不対電子をもつ種）と、電荷をもつイオン（陽イオンと陰イオン）、さらに非ラジカル性の反応性分子を区別することが重要である。古い化学の文献では、ラジカルという語が基または残基の概念と重なって使われることがあり、混乱の原因となる。現代の用法では、不対電子が定義上の特徴である。ラジカルの中には極めて寿命が短いものもあれば、共鳴や立体保護によって安定化され、単離して研究できるものもある。電子常磁性共鳴法（EPR）などの分析法は、実験室でラジカルを検出し、特徴づけるために用いられる。

要約: フリーラジカルは、多くの化学的・生物学的過程の中心的な担い手である。その高い反応性は、不可欠な機能と潜在的な害の両方の基盤となっており、ラジカル生成と抗酸化防御のバランスが健康の鍵となる。