一氧化氮与生命科学

编辑: 逍遥路 关键词: 高中化学 来源: 高中学习网


一氧化氮(Nitric oxide)是大家早已熟悉的一个小分子,长期以来,在生命科学中一直没有引起人们的注意。但是,80年代末,科学家发现,一氧化氮在各种生化过程中,起着关键的作用,具有神奇的生理调节功能。

对一氧化氮的研究,迅速发展成为一门目前最活跃的生命科学前沿领域。

近期的研究已表明,一氧化氮具有免疫调节、神经传递、血压生理调控和血小板凝聚的抑制等生理功能。在许多组织中,尽管其真正的释放量目前尚难于检测,但已确知会释放出不同浓度的一氧比氮,且浓度的变化与机体的生理机能紧密相关。许多疾病,包括基因突变(癌变,动脉硬化等)和生物机体中毒等,可能是一氧化氮的释放或调节的不正常引起的。进一步的研究还发明,一些药物可以通过新陈代谢来调节一氧化氮的生理机能,使其变成有益的分子,清除机体内有害的代谢物,鉴于一氧化氮的神奇生理调节作用,一旦其神秘的调节机理被科学家们所揭开,人们就可以开发与一氧化氮相关的药物,来治疗许多人类至今无法攻克的顽症,例如高血压、偏头痛、动脉硬化,甚至癌症。可见,与一氧化氮相关的药物,其潜在的价值是巨大的。现在许多国际上有名的药物生产厂家,竞相在这一研究领域,投入大量的人力物力,以期在激烈的竞争中,占领有利的位置。

生命科学的迅速发展,主要标志是由宏观描述开始向分子水平和生命过程的研究,它的特点是学科交叉,正如诺贝尔奖获得者Arthur Kornberg教授谈到:“分子生物学己突破到细胞化学的边界,但缺少化学方法和训练是不可能打开这个穹窿的。”随着学科交叉的不断发展,化学成了生命科学强有力的工具,化学测量和方法是解析一氧化氮问题关键的一个组成部分。

在生命体系中,细胞释放的一氧化氮量是很少的,平均每个细胞仅释放1~200attomol(1attomol=10-18mol).如何现场定性和定量检测一氧化氮,向化学家们提出了艰巨而开拓性的任务,首先,Wennmalm等报导了把一氧化氮和牛血清白蛋白共价结合,然后用色谱柱分离,间接测量了一氧化氮的浓度。另外,化学荧光法、质谱、紫外-可见分光法等测量一氧化氮的报导也相继出现,然而,最引人注目的是采用电化学方法测量一氧化氮的报导,特别是卟啉修饰和1,2苯二胺修饰碳纤维微电极,就是该方法成功的两个例子。电化学方法测量一氧化氮具有许多优点,首先,使用的碳纤维电极直径小至2~6um,可以对单细胞进行测量;其次,该方法有极高的灵敏度和强抗干扰能力,其检测下限可达到nM(1nM=10-9mol/L),足于检测单细胞释放的一氧化氮;再次,该方法响应时间低于10毫秒,可以对细胞释放的一氧化氮进入连续、现场的退踪,且在测量中不会破坏细胞,这种方法已广泛的应用于组织和细胞中一氧化氮的研究,有力地推动了这一领域的研究进展。

尽管某些一氧化氮的特殊功能已被确证。但是,科学家们对其神秘的生物化学特性却仍知之甚少,目前的研究已证明,一氧化氮有3种状态存在于生物体系中,包括阳离子形式(NO+)、自由基形式(NO.)和阴离子形式(NO-)。对生物体系中3种形式的不同性质和反应活性的深入研究,可以帮助人们理解其神奇的生理功能。一氧化氮容易和过渡金属离子,包括一些金属蛋白结合形成化合物。它与血红蛋白的相互作用,已得到广泛的研究。L-精氨酸在一氧化氮合成酶的催化下释放一氧化氮,其化学和生理过程十分复杂,值得人们更深入研究。

总之,一氧化氮在生物体系中的许多特殊生理功能,已被科学家们所证实。尽管这一领域仍有许多问题等着人们更进一步的深入研究,但是,一氧化氮作为打开神秘生命科学大门的一把钥匙,为人类展示了十分美好的前景。


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