化學故事 一氧化氮與生命科學

2022-01-01 01:12:23 字數 1576 閱讀 8527

一氧化氮與生命科學

一氧化氮(nitric oxide)是大家早已熟悉的乙個小分子,長期以來,在生命科學中一直沒有引起人們的注意。但是,80年代末,科學家發現,一氧化氮在各種生化過程中,起著關鍵的作用,具有神奇的生理調節功能。

對一氧化氮的研究,迅速發展成為一門目前最活躍的生命科學前沿領域。

近期的研究已表明,一氧化氮具有免疫調節、神經傳遞、血壓生理調控和血小板凝聚的抑制等生理功能。在許多組織中,儘管其真正的釋放量目前尚難於檢測,但已確知會釋放出不同濃度的一氧比氮,且濃度的變化與機體的生理機能緊密相關。許多疾病,包括基因突變(癌變,動脈硬化等)和生物機體中毒等,可能是一氧化氮的釋放或調節的不正常引起的。

進一步的研究還發明,一些藥物可以通過新陳代謝來調節一氧化氮的生理機能,使其變成有益的分子,清除機體內有害的代謝物,鑑於一氧化氮的神奇生理調節作用,一旦其神秘的調節機理被科學家們所揭開,人們就可以開發與一氧化氮相關的藥物,來**許多人類至今無法攻克的頑症,例如高血壓、偏頭痛、動脈硬化,甚至癌症。可見,與一氧化氮相關的藥物,其潛在的價值是巨大的。現在許多國際上有名的藥物生產廠家,競相在這一研究領域,投入大量的人力物力,以期在激烈的競爭中,占領有利的位置。

生命科學的迅速發展,主要標誌是由巨集觀描述開始向分子水平和生命過程的研究,它的特點是學科交叉,正如諾貝爾獎獲得者arthur kornberg教授談到:「分子生物學己突破到細胞化學的邊界,但缺少化學方法和訓練是不可能開啟這個穹窿的。」隨著學科交叉的不斷發展,化學成了生命科學強有力的工具,化學測量和方法是解析一氧化氮問題關鍵的乙個組成部分。

在生命體系中,細胞釋放的一氧化氮量是很少的,平均每個細胞僅釋放1~200attomol(1attomol=10-18mol).如何現場定性和定量檢測一氧化氮,向化學家們提出了艱鉅而開拓性的任務,首先,wennmalm等報導了把一氧化氮和牛血清白蛋白共價結合,然後用色譜柱分離,間接測量了一氧化氮的濃度。另外,化學螢光法、質譜、紫外-可見分光法等測量一氧化氮的報導也相繼出現,然而,最引人注目的是採用電化學方法測量一氧化氮的報導,特別是卟啉修飾和1,2苯二胺修飾碳纖維微電極,就是該方法成功的兩個例子。電化學方法測量一氧化氮具有許多優點,首先,使用的碳纖維電極直徑小至2~6um,可以對單細胞進行測量;其次,該方法有極高的靈敏度和強抗干擾能力,其檢測下限可達到nm(1nm=10-9mol/l),足於檢測單細胞釋放的一氧化氮;再次,該方法響應時間低於10毫秒,可以對細胞釋放的一氧化氮進入連續、現場的退蹤,且在測量中不會破壞細胞,這種方法已廣泛的應用於組織和細胞中一氧化氮的研究,有力地推動了這一領域的研究進展。

儘管某些一氧化氮的特殊功能已被確證。但是,科學家們對其神秘的生物化學特性卻仍知之甚少,目前的研究已證明,一氧化氮有3種狀態存在於生物體系中,包括陽離子形式(no+)、自由基形式(no.)和陰離子形式(no-)。對生物體系中3種形式的不同性質和反應活性的深入研究,可以幫助人們理解其神奇的生理功能。

一氧化氮容易和過渡金屬離子,包括一些金屬蛋白結合形成化合物。它與血紅蛋白的相互作用,已得到廣泛的研究。l-精氨酸在一氧化氮合成酶的催化下釋放一氧化氮,其化學和生理過程十分複雜,值得人們更深入研究。

總之,一氧化氮在生物體系中的許多特殊生理功能,已被科學家們所證實。儘管這一領域仍有許多問題等著人們更進一步的深入研究,但是,一氧化氮作為開啟神秘生命科學大門的一把鑰匙,為人類展示了十分美好的前景。

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