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没有自由基就没有高等生命 精选

已有 7667 次阅读 2011-1-3 11:12 |个人分类:科研思路分享|系统分类:观点评述| 氢气

2011年元旦放假休息,连续写了几篇关于微生物寄生虫氧化损伤氧气中毒等相关文章,受到大家鼓励和部分老师的建议,接着再写一篇文章,以使这几篇成为一个小系列,也算对上述文章的一些补充。

自由基反应提供了能量代谢的基础。首先氧气本身就属于自由基,单从这个角度就可以证明我这个题目的正确。生物能量代谢本质上就是储存在能量物质(糖等)中化学能方式的太阳能(来自光合作用),由于生物体与一般化学体系不同,温度比较低,不能靠燃烧这样的高温条件实现化学能向热能的转换和利用。于是就进化出一系列的复杂的能量代谢反应,这些反应最关键的物质基础就是酶,同时利用自由基的高活性特点实现能量代谢的目的。因此,自由基反应是能量代谢的基础,自由基是能量代谢的主要代谢底物(非常典型的电子传递几乎都是在各类自由基之间进行的),因此可以说没有自由基,就没有能量代谢,就没有高等生命的形式。

自由基发挥许多关键生理作用。自由基活性氧的信号作用已经被广泛接受,过去也有许多讨论。这主要是由于自由基的高活性性质,这个特点被生物体系充分利用,不仅自由基发挥细胞内信号作用,而且自由基伤害生物分子的作用也可以从正面来理解,许多分子受伤是被细胞系统清除的重要前提,许多大分子需要不停更新,如何更新,就需要对一些分子进行标记,有的标记方式是选择性的例如泛素化,有的标记方式是随机的如氧化损伤,这些经过标记的分子可以被特定的垃圾处理系统(蛋白酶体和自噬溶酶体等)进行有序清除,保证了生物体系的稳定性。当然,对外来异物分子的清除,自由基就更有特长了,当细菌和病毒被炎症细胞吞噬,细胞就会大发雷霆(俗称呼吸爆发)产生大量自由基,先把细菌和病毒进行批量标记或说秒杀,最后被细胞清除系统进行处理。

吸氧治疗疾病的基础和新观念。作为自由基的氧气等首先是重要的,也会发挥致命性损伤效应,那么呼吸氧气会呼吸高压氧气治疗疾病的基础何在?氧气自由基是维持正常生命的基础,一旦缺乏就会导致伤害,甚至失去生命。当身体整体或局部氧气缺乏的时候,通过呼吸一定剂量的氧气,可以纠正组织缺氧,发挥治疗疾病的效果,这仍是当前吸氧治疗疾病的基础。不过由于吸氧太多会产生毒性,一般不能持续呼吸高分压氧气,例如常压持续呼吸纯氧就不能超过12小时,呼吸高压氧就更要缩短连续呼吸的时间了。由于呼吸氧气的时间比较短,那么吸氧治疗疾病的效果就让人生疑了,最近许多研究给这个疑问带来了比较理想的解答,特别是以美国宾州(Philadelphia, PA)大学Stephen Thom为代表的一批学者提出,呼吸高压氧治疗疾病的基础不仅是纠正缺氧,而且是因为呼吸高压氧可增加身体内自由基水平,身体内自由基水平增加引起的氧化应激是治疗疾病的重要基础。换句话说,被人广为诟病长期误解的自由基可以是治疗疾病的基础,恰好就是呼吸氧气治疗疾病的基础。这样也能把氧气的毒性和治疗疾病的基础完美地结合起来,适度可治疗疾病,过量造成毒性,基础都是增加自由基。我也一直认为,适量吸氧与适量体育运动非常类似,可利用对机体的适度伤害挑战(Challenge),实现增强身体抗病能力的目的。

 



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