氧化應激（Oxidative Stress，OS）是機體活性氧成分與抗氧化系統之間平衡失調引起的一系列適應性的反應。干擾細胞正常的氧化還原狀態，會制造出過氧化物與自由基導致毒性作用，因此損害細胞的蛋白質、脂類和核酸。發生在人類的氧化壓力，被認為是造成亞斯伯格癥候群、自閉癥、阿茲海默癥、帕金森氏癥、注意力缺陷過動癥、動脈粥樣硬化、心臟衰竭及癌癥等的成因。然而活性氧也有它的益處，免疫系統可利用活性氧攻擊并殺死病原。短期的氧化應激在防止老化上，也提供了重要的步驟，稱做毒物興奮效應。


氧化應激可通過測量活性氧（ROS）來直接評估，或通過過度產生的ROS對脂質，蛋白質和核酸造成的相關損害來間接評估。盡管直接測量ROS是理想的方法，但是與ROS的瞬時特性相比，通常更依賴于間接方法因為生物分子上的損傷標記相對穩定。

ROS：氧氣作為正常代謝的一部分被電子還原，導致形成各種ROS，包括過氧化氫（H2O2）和超氧化物（O2•-）。當不受控制的氧化對生物系統造成壓力時，會對細胞大分子造成損害。ROS的測定不能識別ROS產生的來源（即正常狀態與疾病狀態），但是如果實驗模型處于壓力下，則ROS可能增加并且分子成分改變。
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RNS：在氧化應激過程中也會產生活性氮（RNS）。由一氧化氮合酶（NOS）和O2•-合成的高含量一氧化氮（NO•）導致過氧亞硝酸鹽的形成。NO•本身也與硫醇和鐵硫酶反應，而過氧亞硝酸鹽與酪氨酸殘基反應形成硝基酪氨酸。
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DNA/RNA損傷：鳥嘌呤是DNA和RNA損傷時容易氧化的堿基。為糾正這種損傷而啟動的修復過程將下列氧化的鳥嘌呤類釋放到尿液中：
8-羥基鳥嘌呤——無核糖的堿
8-羥基鳥苷——RNA的核苷
8-羥基-2-脫氧鳥苷——DNA的脫氧核苷
可以檢測多種氧化鳥嘌呤種類的測定法比只限于分析一種（例如8-羥基-2-脫氧鳥苷）的測定法能捕獲更多的氧化損傷生物學相關產物。
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蛋白質氧化和硝化：蛋白質氧化的zui常見標志是蛋白質羰基含量。氧化還原循環陽離子與蛋白質結合，并與ROS的攻擊結合，導致形成含有羰基（酮，醛）的氨基酸衍生物。香煙煙霧和醛類也會將羰基引入蛋白質中。另外，ROS暴露于蛋白質的蛋氨酸殘基會產生蛋氨酸亞砜（MetO），這是一種氧化修飾，如果未被MetO還原酶逆轉，則會進一步氧化為蛋氨酸砜，并可能導致蛋白質功能障礙。
蛋白質上硝基酪氨酸的存在用作NO•與 O2•−反應時體內形成的過氧亞硝酸鹽的標志物。當過氧亞硝酸鹽經歷雜化裂解時，釋放出的硝化氮離子硝酸鹽蛋白酪氨酸殘基。NO•可以通過RNS介導的S-亞硝基化過程直接修飾蛋白質，其中NO•基團與蛋白質半胱氨酸殘基的硫醇基結合，從而形成S-NO部分。
脂質過氧化：脂質過氧化導致不飽和脂質的高反應性和不穩定的氫過氧化物的形成。 它們可以通過不穩定的氫過氧化物的各種分解產物（例如烷烴，酮，醛）直接或間接評估。通過組織脂質的隨機氧化產生的8-異前列腺烷目前被認為是體內脂質過氧化zui可靠的生物標記之一。它是脂質過氧化作用的特定產物，其穩定且在所有正常生物體液和組織中的含量均可檢測到。磷脂中酯化水平的測量可用于確定目標靶位點脂質過氧化的程度。
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