APP下载

浅谈一氧化氮及其应用前景

2009-07-16范为群

新媒体研究 2009年8期
关键词:一氧化氮调节

范为群

[摘要]一氧化氮(NO)是生物体内一种作用广泛而性质独特的信号分子,它不仅对动物的神经系统、循环系统、消化系统等有着重要的调节作用,而且也参与植物生长发育的许多过程,如种子萌发、下胚轴伸长、根生长、细胞凋亡以及植物抗逆反应等。

[关键词]一氧化氮(NO) 信使分子 调节

中图分类号:TQ17文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0420004-01

一、NO的最初发现、制取及特性

NO系无色有毒气体,由氮气和氧气在电火花或高温作用下形成,更便利的方法是由稀硝酸与铜或汞反应制取。约在1620年,比利时科学家J.B.Van海尔蒙特首次制出一氧化氮。1772年,英国化学家J.普利斯特利对其进行了研究,并称之为“亚硝气”。一氧化氮在-151.8℃液化,-163.6℃固化。固态和液态NO均为蓝色。此气体几乎不溶于水。一氧化氮是少数几个含有奇数电子的稳定化合物之一,它可获得或失去一个电子形成离子NO-或NO+,这些离子存在于亚硝酰基中,亚硝酰化合物有点类似于一氧化碳和过渡金属形成的羰基化合物。工业上,NO的主要用途是制造硝酸。

二、NO的生物学特性

一氧化氮具有易扩散、反应性强、性质活泼而很不稳定,生物半衰期很短(约2~3s)等特性,广泛存在于生物体内各组织器官,由血管内皮细胞产生并释放,参与机体内多种生理及病理过程。

在哺乳动物体内NO是由一氧化氮合酶(NOS)催化底物L-精氨酸(L-Arg)经还原型尼克酰胺腺苷二核苷酸磷酸(NADPH)还原而产生的。神经Casino等用放射标记法进行光谱分析证实NO的氮原子来于L-精氨酸,氧原子来源于氧气。NO极不稳定,在有氧和水的环境中仅能存在6~10s,以后很快与亚铁血红素和-SH键结合而失活,其最终代谢产物为亚硝酸盐和硝酸盐[1]。NO与受体结合后,作用于血管平滑肌细胞可溶性鸟苷酸环化酶,生成第二信使分子(cGMP),导致细胞内钙离子浓度下,从而使血管平滑肌松弛,血管扩张,血压下降。

三、NO研究的重要进展

(一)在动物方面

1.NO与神经系统。NO作为外周神经递质主要在支配消化、生殖、呼吸、循环等系统的植物神经中起作用,当神经受刺激时即可产生NO,它从NANC神经末梢即突触前释放,通过扩散作用于内脏平滑肌靶细胞上,能使胃肠道、盆腔内脏,气管和心血管的平滑肌松弛,也能使阴茎海绵体血管、括约肌松弛,实现阴茎勃起[2]。

2.NO与冠脉循环及心肺系统疾病。研究表明,心脏内膜、外膜心肌组织和心肌血管内皮、血管平滑肌都能产生NO。NO是维持心血管功能的重要活性分子,调节冠脉循环和心肌功能,扩张冠脉血管,抑制血小板聚集和白细胞粘附,抑制心肌细胞收缩。NO以旁分泌和自分泌方式作用于血管平滑肌,使之舒张,并抑制血管平滑肌细胞增殖和诱导细胞凋亡。

慢性缺氧可引起肺血管平滑肌细胞迁移增生和细胞外基质的堆积,引起肺血管结构改建,最终导致肺动脉高压的形成。在此过程中,NO起重要作用,主要是引起支气管和血管平滑肌舒张。

3.NO与糖尿病并发症。糖尿病慢性并发症与高血糖引起的一系列代谢紊乱有关,而NO则参与高血糖引起的代谢紊乱。研究表明,NO生成量及一氧化氮合酶(NOS)活性的改变是导致糖尿病慢性并发症的重要机制之一。糖尿病早期肾小球高滤过是糖尿病发生的始动因素,主要表现在肾小球滤过率和肾血浆流量增加,而NO生成增多,则参与肾小球高滤过机制。同时NO与超氧阴离子反应形成毒性更强的羟自由基、脂质过氧化物,导致细胞内皮功能障碍,微血管损伤,肾小球毛细血管微血栓形成及通透性升高。

4.NO与非胆碱能非肾上腺素能神经递质。NO由于扩张胃粘膜血管,增加胃粘膜血流,因而对胃粘膜具有保护作用。同时,由于NO是消化道中一种主要的非胆碱能非肾上腺素能(NANC)神经递质,在消化系统中具有调节组织血流量,抑制血小板和白细胞在血管内皮上的粘附、调节腺体分泌等作用。同时NO也是一种自由基,可引起组织损伤。

5.NO与抗肿瘤及其它。NO参与了体内许多重要的生理和病理过程,最近发现人促皮质素释放因子(hCRF)在大量乳癌中有抗增殖和诱导分化作用,其机制之一是诱导诱生型一氧化氮合酶(i2NOS)活性,产生高浓度NO,而使用一氧化氮合酶(NOS)抑制剂N-硝基-L-精氨酸甲酯(L-NAME),其抗癌活性明显减弱,甚至消失。此外,人们分别在儿科学、耳鼻喉科学、抗衰老等差不多所有医学领域开展了NO的研究,并且取得了许多重要成果。

(二)在植物方面[3]

1.NO与种子萌发。有些植物如莴笋、泡桐等种子的萌发需要一定的光照,使用NO供体硝谱钠(SNP)和N-亚硝基 - 乙酰青霉胺(SNAP)能使莴笋种子在黑暗条件下也能萌发。

2.NO与植物生长发育。NO对植物生长发育的影响较为广泛,NO影响植物根的生长,使用多种释放NO的化学药品对玉米离体培养的根进行处理时发现。

3.NO与植物抗逆性。植物的抗逆性包括抵抗生物胁迫和非生物胁迫。在抵抗生物胁迫方面,首先,NO直接或间接杀灭病菌,其次,NO诱导被感染部位细胞死亡,避免病菌扩散,还有,NO诱导植物产生长效的、广谱的抵抗能力,即系统获得性抗性(SAR)的形成。在非生物胁迫方面,NO对整体植株水分含量的保持已为最新的实验结果所证实,另一方面,在水分胁迫下NO还可以作为植物胁迫激素脱落酸(ABA)信号传递的关键组分,参与ABA调节气孔的过程。

4.NO与植物激素。有关NO与植物激素的最早报道是在植物衰老领域的研究,Leshem与Haramaty(1996)发现NO参与了乙烯的释放。在水分胁迫下,小麦根尖NOS活性迅速上升,产生的NO是诱导ABA积累的关键信号分子。水杨酸(SA)也是植物天然产生的生长调节物质之一。SA在植物抗病反应中的积累可以抑制过氧化氢酶而使细胞积累H2O2,它也是植物系统获得性抗性建立的关键信号分子。NO与SA的关系较为复杂,不仅NO可以作为信号诱导SA合成,而且SA也可以激活植物NO合成途径[4]。现已证明植物的种子萌发、下胚轴生长、叶片生长及脱黄化等光敏色素调节的光控发育过程也涉及NO的作用,深入研究这些过程中的NO与各种植物激素的关系将有助于阐明NO在植物中的作用方式。

参考文献:

[1]王迎伟,一氧化氮与肾脏疾病[J].徐州医学院学报,1999,19(2):169.

[2]梁润梅,神经系统的NO及其生物学功能[J].生物学教学,2003,28(4):3-5.

[3]王卫东等,NO对离体心脏功能的影响[J].中国病理生理杂志,1999,15(3):181-183.

[4]赵志光等,植物一氧化氮(NO)研究进展[J].植物学通报,2002,19(6):659-665.

猜你喜欢

一氧化氮调节
运动能让血管变年轻
新生儿持续性肺动脉高压应用吸入一氧化氮治疗的临床疗效观察
运动凭什么能让血管变年轻
运动能让血管变年轻
一种用于自控调节行程的螺杆调节结构设计
一种用于自控调节行程的螺杆调节结构设计
俄首创混合氦气与 一氧化氮新冠肺炎疗法
平均税率、标准税率与收入分布对个人所得税累进性的影响
调节日光