一氧化氮分子打开生命科学大门的一把钥匙VIP专享VIP免费

一氧化氮分子打开生命科学大门的一把钥匙香港科技大学化学系叶建山上海华东师范大学化学系朱传征一氧化氮（Nitricoxide）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ArthurKornberg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。返回