רדיקלים חופשיים

רדיקלים חופשיים (באנגלית: Free Radicals) או רדיקלים הם צורונים כימיים אטומיים או מולקולריים בעלי אלקטרונים לא מזווגים, בדרך כלל כתוצאה ממספר אי-זוגי של אלקטרונים. מצב זה על פי רוב אינו יציב כימית ולכן הרדיקלים משתתפים בקלות בתגובות כימיות. רדיקלים מצוינים בכתיב כימי כנקודה בודדת בסמוך לאטום או למולקולה.

Thumb — תיאור הרדיקל החופשי חסר המטען הידרוקסיל שבו יש אלקטרון חופשי

התפרקות בחימום של מתיל די כלוריד לשני רדיקלים

כיום למעשה ניתן פשוט להשתמש במונח "רדיקל", שכן כל רדיקל הוא חופשי. בעבר המונח "רדיקל" התייחס לקבוצה/מתמיר של מולקולה, ואילו "רדיקל חופשי" התייחס למולקולה בעלת אלקטרון לא מזווג. כיום ישנה הפרדה במינוח – מה שהיה רדיקל נקרא היום "מתמיר" (לדוגמה קבוצת מתיל, ובסימון כללי קבוצה R) ומה שהיה רדיקל חופשי (לדוגמה רדיקל כלורי), נקרא היום פשוט "רדיקל" – מולקולה בעלת אלקטרון לא מזווג.

לרדיקלים תפקיד חשוב בתגובות בעירה, פולימריזציה, תהליכים ביוכימיים ותגובות כימיות רבות נוספות, בפרט בגוף האדם. לדוגמה, סופראוקסידים וחנקן חמצני מווסתים תהליכים ביולוגיים רבים. שימוש נפוץ ברדיקלים לצורך חיטוי נעשה על ידי מי חמצן, המתפרקים לרדיקלים ריאקטיביים וכך משמשים כמחטא נגד זיהומים.

ככלל, המושגים "רדיקל" ו"רדיקל חופשי" מתייחסים לאותה תופעה, אולם רדיקל יכול להיות כלוא בכלוב ממס (מוקף על ידי מולקולות ממס במבנה מסודר), או קשור בדרך אחרת. הרדיקל האורגני הראשון, טריפנילמתיל רדיקל, זוהה על ידי מוזס גומברג ב-1900.

תגובת שרשרת רדיקלית

רדיקלים חופשיים עשויים לגרום לתגובות שרשרת כימיות, כך שכמות ראשונית קטנה של רדיקלים עשויה להוביל לשינוי כימי במולקולות רבות. תהליך מעין זה מתרחש בתגובות כימיות רבות בתעשייה הכימית ובעיקר בתהליכי ייצור פולימרים. תגובות שרשרת רדיקליות אף גורמות להיווצרות החור בשכבת האוזון כתוצאה מהתפרקות של גזים שונים, המשמשים בתרסיסים או כנוזלי קירור, בסטרטוספירה בהשפעת קרינה חזקה של אור אולטרה־סגול. בהתפרקם הם משחררים רדיקל חופשי של כלור או ברום, המתקיף את מולקולת האוזון וגורם בתגובת שרשרת להתפרקותן של מולקולות אוזון רבות.

רדיקלים חופשיים בביולוגיה

בגוף נוצרים מספר סוגי רדיקלים חופשיים, בהם בעיקר רדיקלי חמצן, שנוצרים כתוצרי לוואי באופן טבעי בתהליך הנשימה וממלאים בגוף תפקידים חיוניים, כמו קטילת חיידקים ויצירת חיבורים בין סיבי הקולגן בעור, וכנראה אחראים גם לתהליך ההזדקנות.

בגוף נמצאים באופן טבעי אנזימים נוגדי חמצון, שתפקידם לווסת את ריכוזי הרדיקלים החופשיים ולמנוע את פגיעתם בגוף. במצב של חוסר איזון, הרדיקלים החופשיים מתקיפים את החלבונים, מחמצנים שומנים בגוף והופכים גם אותם לרדיקלים חופשיים, מנוונים את המיטוכונדריה של תאי המוח, פוגעים בממברנות התא, מקטינים את יכולתו לספוג חומרי מזון ולסלק פסולת, ומשנים את מבנה ה-DNA. בכך הם גורמים לבלאי מוקדם ולהתנוונות והזדקנות הגוף. מעריכים שמספר רב של מחלות קשורות לתהליכים אלו, ובהן גם סרטן.

בקרב בעלי חיים יש שפיתחו הגנה טובה נגד רדיקלים חופשיים. הגנה זו מאפשרת להם לחיות זמן רב יחסית לכמות החמצן שהם נושמים. השיאנים בתחום הם כנראה העטלפים, שתוחלת חייהם מגיעה לסביבות 30 שנים, פי 10 עד 15 מזו של העכבר. גם לרוב העופות הגנה טובה, ויחסית לקצב פעימות לבם הם בעלי תוחלת חיים ארוכה. כך, למשל, תוחלת חייו של התוכי האוסטרלי היא כ-15 שנים.

בעולם המתועש קיימים גורמים חיצוניים המעצימים את יצירת הרדיקלים החופשיים בגוף באופן מלאכותי, כדוגמת קרינה, זיהום אוויר, עישון, חומרי הדברה וחומרי ניקוי. את הפחתת נזקי הרדיקלים, בנוסף לצמצום החשיפה לגורמים המאיצים את היווצרותם, ניתן להשיג על ידי צריכת תוספי מזון הנחשבים למנטרלי רדיקלים חופשיים, כגון ויטמין C וויטמין E,^[1] סלניום^[2] ואבץ.^[3]