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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。
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