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惰性气体生物作用给氢气效应机制的启发 精选

已有 4330 次阅读 2023-5-29 08:54 |系统分类:科研笔记

氢气具有选择性抗氧化作用,最近中国氢气医学研究学者何前军教授等提出氢气的分子靶点可能是铁卟啉,由于铁卟啉是许多蛋白质的重要活性辅酶,意味着可能对许多生物过程产生影响。但这些观点仍然需要更多相关证据佐证和确认。目前氢气效应靶点仍然是这一领域需要探讨的重要科学问题。

英国著名自由基生物学研究学者John T. Hancock最近几年曾经发表大量氢气生物医学相关综述和假说,最近他提出,氢气在产生直接抗氧化的同时,也可能作为一种普通惰性分子,干扰氙气的生物效应如果是这样,氢气可能具有缓解或逆转效应的可能,当然也可能具有拟氙气样效应。但是,传统的关于惰性气体麻醉作用的基本特征是气体的脂类溶解性,氢气具有非常弱的麻醉作用,需要数10个大气压才能表现出一定麻醉作用。而氙气的麻醉作用则是相对来说非常强大。在常压下吸入一定比例就可以达到可以进行外科手术的效果。氙气的化学惰性和强麻醉特点也曾经被认为是最安全的人类麻醉药物。但不知为何这种理想麻醉物质没有被临床应用接受和推广。针对氙气生物学效应的最精彩研究就是发现这种分子能渗透到一种谷氨酸受体NMDA的甘氨酸结合部位,作为阻断剂阻断了后者作用,从而干扰NMDA活性的效应。当然麻醉作用很难用一种蛋白作用来完美解释。

氙气具有生物学作用本身就是一种颠覆性理念。我们总会认为,生物学现象一定存在化学基础,或者认为生物都是生物化学反应的过程。但是完全化学惰性的氙气可以表现出惊人的麻醉效应,让人很难接受。这种麻醉效应肯定不是因为氙气参与化学反应。事实发现是这种分子阻断了生物化学过程。只不过是影响了蛋白质结构改变引起的后续生物学过程。既然氙气具有生物学作用,其他惰性其他也同样可以。氢气也是化学惰性分子,其中一种可能就是类似惰性气体的效应。

Are Protein Cavities and Pockets Commonly Used by Redox Active Signalling Molecules?[v1] | Preprints.org

众所周知,惰性气体,如氙气(Xe),具有显着的生物效应。由于这些原子极不可能参与与生物分子(如蛋白质、脂质和核酸)的直接化学反应,因此必须有其他一些作用模式来解释所报告的影响。已经表明,蛋白质的拓扑结构允许空腔和疏水口袋,并且正是通过与这种蛋白质结构的相互作用,惰性气体被认为具有其作用。

最近,有人提出,相对惰性的气体氢分子(H2)也可能通过这样的机制产生其作用,从而影响蛋白质的结构和作用。H2被认为也通过与氧化还原活性化合物的相互作用起作用,特别是羟基自由基(·OH)和过氧亚硝酸盐(ONOO-),但不包括一氧化氮(NO·),超氧阴离子(O2·-)或过氧化氢(H2O2)。然而,除了与H2有直接相互作用外,是否有证据表明这些氧化还原化合物也可以与蛋白质中的Xe口袋和空腔相互作用,因此要么对蛋白质具有独立作用,要么干扰惰性气体的作用。这里探讨了这个建议。



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