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氢气是细胞电子整流器!

来源:孙学军 氢思语 编辑:James&Ani 时间:2019-05-09 09:54:57

这是最新观点,还无法查到论文全文,只能阅读摘要,但观点是明确的,为了让大家能随时了解学术界最新观点,我根据个人理解介绍给大家。

氢气是细胞电子整流器

论文题目是“氢气治疗作用机制的新看法”therapeutic efficacy ofmolecular hydrogen: a new mechanistic insight.论文发表在Curr Pharm Des.2019 May 6

论文作者石本郎Toru Ishibashia来自日本福冈Huis Ten Bosch Satellite H2 ClinicHakata骨科和医疗保健风湿病科。

氢气是目前公认的治疗气体,能治疗多种疾病。其中比较重要的包括神经退行性疾病,如老年性痴呆和帕金森病,代谢性疾病如糖尿病和动脉硬化,炎症性疾病如类风湿关节炎和牛皮癣等。最近也有许多研究开展氢气对癌症治疗和辅助治疗的作用。

氢气的作用基础并不是如此简单

氢气治疗疾病是基于氢气具有选择性抗氧化作用,这种作用的基础是氢气可以和哺乳动物细胞内强活性自由基发生中和反应,这种反应不需要酶的协助催化。而强毒性活性氧羟基自由基和过氧亚硝基体内缺乏特异性清除途径,这给氢气发挥作用提供了基础和舞台。选择性抗氧化作用的含义还包括氢气作用温和惰性,不会干扰正常生理生化过程。氢气没有极性,分子量小,非常容易在生物体系内自由扩散。选择性抗氧化尽管仍然属于氢气生物学最流行的观点,但氢气的许多生物医学效应不能完全解释,说明氢气的作用基础并不是如此简单。

氢气在细胞内的活化和代谢利用的模式

活化和代谢利用的模式

论文作者石本郎提出一个新的看法,他认为氢气在细胞内的活化和代谢利用的模式。根据细菌膜结合镍铁氢化酶在进化上是线粒体复合物I存在比较密切的关系。石本郎提出,氢气可能是线粒体电子传递链中作为电子和质子供体,将电子传递给泛醌自由基。在这个过程中,类似线粒体电子整流器,氢气能纠正病理状态时电子的无序流动,减少线粒体在缺氧时导致电子泄漏给氧分子产生超氧阴离子自由基。氢气可以将具有细胞毒性氧化性泛醌中间体转化为无毒的还原性泛醌,增加泛醌池的抗氧化能力以,防止电子传递链活性氧的生成。

这老兄的观点有点大胆,如果真是如此,氢气将具有电子供体的功能,电子供体是细胞产生能量的基础,虽然氢气因为量比较少,产生的能量可能不显著。不过科学研究主张大胆假设,小心求证。

细胞内提供电子的源头都是能量营养素,最常见的就是葡萄糖,在氧化分解过程中,产生大量电子经过电子传递体送到线粒体,经过线粒体内电子传递链最终把电子送到氧气完成生化反应。在这个过程中,逐渐合成ATP能量单位供细胞使用。

  关于线粒体复合物I和氢化酶的关系,确实有一些研究。例如这个Genome Biol Evol. 2015 Nov27;8(1):126-47. doi: 10.1093/gbe/evv239.。真核生物的线粒体复合物I是40多个亚基组成,细菌的线粒体复合物I至少也有11个亚基。结构生物学研究极大地增进了我们对这一系统的了解。但是对泛醌和线粒体复合物I仍然不十分了解。在线粒体电子传递中,这个反应是至关重要。这个反应发生在一个大型Ni-Fe氢化酶腔嵌入保守同源催化核心,也就是说这个反应的关键就是Ni-Fe氢化酶类似的结构。氢化酶的催化核心是如何演变成一个质子驱动的辅酶Q还原酶中心过去无法理解。这一工作利用基因组信息推断结构关系回答了这一问题。

上文说的泛醌就是大名鼎鼎辅酶Q(CoQ),为一类脂溶性醌类化合物,带有由不同数目异戊二烯单位组成的侧链。其苯醌结构能可逆地加氢还原成对苯二酚化合物。是呼吸链中的氢传递体。哺乳动物细胞内的CoQ含有10个异戊二烯单位,故又称Q10。CoQ可接受一个电子和一个氢离子(电子和氢离子类似一个氢原子)还原成半醌式;再接受一个电子和一个氢离子还原成二氢泛醌。CoQ也有三种不同存在形式即氧化型、半醌型和还原型,在呼吸链中传递一个或两个电子。

EspostiD , Mauro. Genome Analysis of Structure–Function Relationships in RespiratoryComplex I, an Ancient Bioenergetic Enzyme[J]. Genome Biology and Evolution,2016, 8(1):126-147.

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