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气体与生命
发布时间:2016-11-04 09:04 来源:弘皓电子科技 阅读:
气体与生命的关系实在太重要了,例如我们人每天都需要喝水吃饭,但呼吸是每分钟都不能停止的,因为我们需要氧气,氧气所以重要,是因为氧气是氧化能量物质的基本成分,任何其他物质不可取代。呼吸的另外一个基本作用是将二氧化碳排出体外。其实二氧化碳对人体也是非常重要,缺乏二氧化碳,呼吸就无法正常进行,不相信的话,我们可立刻作个小试验,就是大口快速深呼吸10次,你就马上发生呼吸暂时停止,导致这一现象的最基本原因是大口呼吸将血液中二氧化碳过度排出,而二氧化碳是最重要的呼吸刺激因子。
从更大范围看,氧气和二氧化碳是动物植物之间合作的重要介质,植物通过光合作用,利用水和二氧化碳,合成葡萄糖和氧气,而植物和动物利用能量代谢,用氧气将葡萄糖氧化成为二氧化碳和水,所以从宏观上看,植物光合作用和其他生物的能量代谢之间形成一个能量和物质的转化循环,这个循环中,阳光是能量的最基本来源,而氧气和二氧化碳充当非常重要的能量媒介或传递作用。因此氧气和二氧化碳是生命中最重要的最基本的物质。
上世纪70年代前后,科学家开始注意到另外一个重要的气体一氧化氮,研究的线索有两个,一是关于硝酸甘油扩张血管的原因,另一个是乙酰胆碱对血管的调节作用,最后发现血管内皮细胞能制造和释放一氧化氮,一氧化氮扩散到血管平滑肌细胞内引起肌肉松弛导致血管扩张,这被认为是第一证明一种气体信号分子。其实二氧化碳和氧气也属于信号分子,而且是更重要的信号分子,只是因为研究的热度比较高,加上伟哥药物的商业成功最终导致在1998年,因为研究一氧化氮生物学作用的三名科学家获得医学生理学诺贝尔奖。
在研究一氧化氮生物学作用的同时,一些科学家开始重视另外两个生物学气体的效应,一个是一氧化碳,另一个是硫化氢。在这以前,大量学者是研究一氧化碳和硫化氢的毒性,因为人类早就经常发生这两种气体的中毒,科学家主要希望通过研究寻找解毒的方法和药物。研究这种气体更重要的作用,是将它们作为信号分子为目标的研究,或者是科学家这是已经对它们发生了范式的转换,导致这种转变的重要诱发因素当然是关于一氧化氮生物学作用的研究。我们可以设想,一定有学者思考,既然一氧化氮如此重要,身体内有没有类似一氧化氮的其他气体,想到这里,头脑中一定会浮现一氧化碳的念头,两个气体的结构和生物学效应本来就存在类似性,一旦考虑到这个气体,立刻会有如下假定,一氧化碳是不是信号分子,体内是否具有制造一氧化碳的模式,一氧化碳的效应分子,一氧化碳的代谢模式等等问题,这些都是在研究一氧化氮过程中早就被反复考虑过的问题,显然这些问题很快被逐渐克服,一氧化碳成为第二种气体信号分子就水到渠成了。硫化氢的故事应该是类似的。
那么我们可以继续深入思考类似问题,体内有没有和以上三种气体信号分子类似的其他气体,或者存在与他们不同的生物功能分子。我们可以按照这样的限制,这种气体一定能被生物合成,这种气体能产生生物学效应。如果按照这个限制一,会发现有许多气体都有这种可能,例如甲烷、氢气、笑气、氨、乙烯、二氧化硫和吲哚等等。按照限制2,这些气体,尤其是甲烷、氢气、笑气都符合。但是这些气体的代谢方式和效应机制都不是非常清楚,相信随着研究的深入,一些重要生物学气体将逐渐受到重视。

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