一氧化氮分子——打开生命科学大门的一把钥匙

一氧化氮（Nitri coxide）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。