孙学军
气体信号分子的标准问题【推荐】
2025-5-20 07:59
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气体信号分子的标准问题

在讨论气体信号分子的标准时,我们必须重视一个关键点,即它们的内源性生成并非一个

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传统的气体信号分子,如一氧化氮、一氧化碳和硫化氢,是基于对生命科学整体研究的条件下的认识。开始对气体分子作为信号分子都持怀疑态度,但在大量研究证据的支持下,不得不认可一氧化氮作为信号分子的判断,并根据这些过程提出气体信号分子的标准。

气体递质或气体信号分子的6个标准是加拿大著名华人生理学家王睿教授提出来的。

气体递质或气体信号分子的6个标准:1.小分子气体,可以或不能在生物组织中溶解;2.可自由穿过细胞膜。由于具有这个特点,气体分子跨细胞运输不依靠细胞膜受体和转运体(最近研究发现,这些气体其实也需要经过气体通道运输)。3.哺乳动物细胞需要特定酶和底物合成这些气体。合成这些气体的数量严格按照信号传递功能进行调节。4.这些气体的发挥生理功能需要特定生理浓度。5.内源性气体分子功能能被外源性气体模拟。6.完成生理功能依赖于特定细胞和分子。

这种分子必需是内源性产生是非常关键的特征,具有可调节性,必需能被分解,这都是内源性气体的必然特征。这种特点和过去对神经递质的判断如出一辙,也可能是从经典的细菌感染标准,其实这一些标准就是参考过去的神经递质和致病菌标准。所谓的菌去病除,感染生病的基本逻辑。而非生物致病因素,和生物致病因素,各样特色,但并没有本质区别。例如细菌感染能导致疾病,细菌产生的毒素也能导致疾病。

所谓信号分子,或生物信号分子,其核心含义应该是能引起生物效应的一种刺激,而气体信号分子则不过是气体类刺激信号而已。所谓刺激信号就是能导致细胞或蛋白发生反应的刺激,这样的话,许多刺激如光、电、磁场、压力、渗透压、温度、酸碱度都能作为信号发挥作用,且可能会发挥重要作用。这些信号或配体都属于生物信号,并没有本质的区别。这里更重要的是,这些刺激大多数属于环境刺激,甚至可以完全不是来源于生物体,例如声、光和磁场。总之,关于气体信号分子的经典定义应该进行修改。至少不应该过于僵化,如果能对生物体系产生作用的气体都属于气体信号分子,氧气、二氧化碳和一氧化氮这些传统信号都没有问题,而惰性气体如氮气、氢气和氙气,也应该属于气体信号分子。

气体信号分子并不是必然从自身产生,例如氧气在动物细胞中属于代谢物质,也具有信号作用,特别是氧气分压降低时,当然这种低氧和氧气作为信号也存在模糊性。我们显然不能认为氧气不属于信号分子。

气体信号分子也不一定必需高度生物产生,如氢气在生物代谢中作用非常普遍,特别是在原核细胞领域,几乎所有细菌都具有潜在代谢效应,也具有信号分子。但在动物细胞,虽然最近发现存在能合成氢气的潜在蛋白,但需要在持续低氧条件下,而低氧无法维持动物细胞的基本生存,难以成为生理条件。

气体信号分子不一定生物体系的物质,如氙气的生物学作用非常强,人类在常压下吸入都可达到可外科手术的麻醉效应。其效应具有特别重要的启发性,因为这种气体不可能通过化学反应实现,研究表明可能是干扰或阻断了其他生物活性物质和蛋白质等大分子的相互作用实现。而氙气显然不是任何生物系统能够产生,完全属于环境来源的气体,这种惰性气体具有强大生物学效应,我们也不应该排除在信号分子范畴以外。

总之,气体信号分子应该参考配体这种更大范畴,能涵盖一切能产生生物效应的分子,包括其他生物系统分子和环境气体分子。

在探讨现代人类活动对环境的影响时,不得不提的是,人类生产活动所产生的新型物质分子,如微塑料和各类纳米材料颗粒,已对生物体产生了显著影响。当前研究主要集中在这些污染物的毒性效应上,然而,生物体具有一定的适应能力,能够对这些毒性效应进行一定程度的适应。鉴于人类目前难以完全摆脱这些环境污染物的影响,我们有必要对这些分子的负面效应和正面效应进行深入的综合分析。研究方向应包括开发清除这些污染物的策略,以及探索生物体如何与这些毒性物质共存的生存策略。以氧气为例,尽管它是一种生物代谢产物,并且对生物体具有潜在的毒性,但地球上的生命体已经通过逐步适应氧气的毒性,进化出了包括动物和植物在内的多细胞复杂生物。如今,这些复杂生物已经无法脱离氧气这一具有生物毒性的物质而生存。


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