氢分子机制学习笔记之十

氢可能对抗氧化剂水平有间接影响。有几份报告显示，氢处理后植物细胞中的抗氧化剂水平发生了变化。例如，在一项使用黑大麦（Hordeum distichum L.）的研究中报告了这一点。抗氧化酶，如过氧化氢酶和SOD，在玉米中增加，在大白菜中也有类似的效果。还发现富氢水通过改变还原和氧化谷胱甘肽（GSH和GSSG）的水平来维持植物细胞的细胞内氧化还原状态。然而，在此类研究中尚未确定氢的直接靶点。因此，氢可能对细胞的抗氧化能力有影响，这是可以测量的，但它可能不会对活性氧本身产生直接影响。

对活性氮物质代谢的影响

活性氮，如一氧化氮自由基（NO），四十多年来一直被认为在植物细胞中具有重要作用[96]，尽管对其内源性产生和作用仍存在一些争议。众所周知，NO和活性氧一样参与植物的应激反应，如上所述，氢处理可以改善其中许多反应。因此，氢存在与活性氮代谢改变之间的关系值得探索。

氢已被证明对固氮有影响，尽管这只是这一复杂过程的一个方面。固氮依赖于许多因素，包括养分有效性、土壤-植物相互作用和社区促进，高山灌木柳就是一个例子。氢还显示在生长素介导的根系生长期间改变NO合成。Li等人报告NO参与氢诱导的根系生长，而Zhu等人也将氢和NO联系起来，报告氢通过增加可能的合成酶（NO合酶样酶和硝酸还原酶）的活性促进NO积累。此外，在气孔关闭研究中，富氢水增加了NO积累。另一方面，富氢水降低了苜蓿中的NO积累。

在应激反应期间，NO和活性氧可能在时间和空间上同时产生，它们可以相互作用产生下游产物。超氧阴离子和NO一起可导致·OH自由基的产生，如上所述，这已被认为是氢作用的潜在机制。然而，超氧阴离子和NO可以反应生成过氧亚硝酸盐（ONOO）−) ，其本身可以充当信号分子，可能通过氨基酸的改变，其中酪氨酸硝化是看到的主要共价变化，可能具有重要的下游效应。

氢与ONOO反应−, 但不是“否”。因此，氢本身不太可能对NO信号产生直接影响。然而，据报道，氢与过氧亚硝酸盐反应，可能会改变NO诱导的信号通路。尽管有几篇论文讨论了ONOO的清除− 根据氢，其他人已经完全排除了这种可能性。氢：（1）不会改变ONOOH转化为NO3的速率− 和H+；（2） 不会改变ONOO的速率−-介导的酪氨酸硝化；（3） 不会改变由ONOO或ONOO介导的氧化应激反应− 或者·OH。因此，即使观察到对NO代谢的影响，如合成酶活性的改变，似乎也没有氢直接清除活性氮或·OH，这可以解释观察到的细胞效应。

例如，这被证明与富氢水处理的黄瓜根系发育有关。氢介导的百草枯耐受性也与血红素加氧酶有关。类似的数据可以在动物系统的研究中找到，例如在小鼠中。

HO-1已被证明参与植物的一系列非生物胁迫反应，包括盐、重金属、紫外线和干旱。对干旱等胁迫的反应是复杂的，涉及许多基因表达的结果和基因多态性的影响，如菜豆，野生型表现出耐性差异。对极端温度的耐受性也很重要，涉及复杂的细胞反应。这种反应通常与细胞活性氧和活性氮的积累有关。HO-1的催化作用是血红素的分解。这是一种氧依赖性反应，使用NADPH作为辅助因子并生成胆绿素、一氧化碳（CO）和铁。有趣的是，CO已被证明参与细胞中的信号事件，并可介导氢的下游效应，而铁促进了·OH的产生，如上所述。然而，似乎没有报道氢和HO-1之间的直接相互作用。此外，还没有报道在生物系统中氢和CO之间发生反应。因此，氢处理与HO-1活性改变之间的联系需要成为未来研究的重点。

顺磁性和可能的细胞效应。氢的物理性质也可能很重要。氢可以以两种核自旋态存在（邻氢和副氢）。这些状态之间的相互转换可能与此相关。所讨论的相互作用之一是与NO的相互作用，这可能会改变NO信号。还存在与过渡金属相互作用的可能性。这可能对细胞信号通路产生潜在的重大影响，因为参与信号转导的许多酶都具有金属修复基团，包括鸟苷酰环化酶（至少在动物中）、SOD以及许多呼吸和光合成分。许多上述酶可能参与活性氧和活性氮代谢，这在植物对许多胁迫的反应中很重要，如上所述，氢可以缓解这些条件。可以想象，在HO-1的催化循环期间，氢可能与血红素相互作用，从而解释了这种酶介导的效应。

氢作用的这一物理方面之前已经讨论过，尽管缺乏实验证据，未来的研究可能会证明这一途径是错误的。然而，量子生物学的概念并不局限于氢效应，最近对该主题进行了综述。有人提出，由于量子力学效应，生物过程可能发生。关于这一主题的最新评论也发表了。