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孙学军丨氢气效应机制与微生物和植物学的依存关系

日期:2020-09-16 09:33:47 / 人气:

氢气生物医学研究涵盖范围非常大,从细菌微生物、真菌到动植物。其中对人和动物效应的研究比较多,主要是希望将氢气应用于人类疾病治疗和健康促进,这是从应用角度考虑的。如果从氢气的作用地位考虑,氢气在微生物中的地位最高,因为我们明确知道细菌能制造氢气,也能利用氢气。而且制造和利用氢气的分子过程都非常清楚。氢气在微生物世界的地位显然具有极高地位,接近氧气在人体的作用地位。如果要弄清楚氢气生物学效应的分子基础,可能使用细菌更容易获得线索。例如只考虑代谢氢气的氢化酶,就可以找到氢气对这种分子的变构调节模式,因为理论上任何代谢产物都有可能对影响这种产物的化学过程产生反馈调节。氢化酶分子上应该存在受到氢气调控的亚分子结构。

如果认为细菌是低等生命,其作用模式不能代表高等生物,那么植物细胞应该是足够复杂和接近动物细胞,因为植物细胞具有合成氢气的基础,也有研究证据发现植物具有制造氢气的能力,而氢气对植物细胞的效应也非常多样。这都给研究氢气的亚细胞作用和分子作用机制提供了重要条件。中国植物效应研究学者在国际上也有独特的优势,这方面过去具有独创性和研究积累。例如最近十年氢气植物效应研究的学术论文几乎全部来自中国的学术机构,特别是南京农业大学在这方面的贡献尤其突出。

北京工业大学马雪梅教授课题组在植物细胞线粒体合成氢气的研究中取得了进展,这给氢气效应从线粒体为靶点开展研究提供了示范效应。相信将来会有更多植物效应分子基础方面的工作面市。

最近英国西英格兰大学学者John T. Hancock在《植物》杂志发表综述Hydrogenases and the Role of Molecular Hydrogenin Plants,对植物氢气效应进行了综述,这也给我们的学者提醒,中国学者在这方面的工作很多,但在思想引领方面仍然需要努力。又如该文章中使用生物信息学工具,感到我们这方面的工作比较少,这应该适合于氢气生物学这种跨物种的研究。由于该文章有一定参考价值,我们将分几个部分给大家介绍。

 

氢气对人体和植物等多种生物都可以产生有益作用。氢化酶能催化氢气的产生和氧化利用,在细菌和植物等细胞内都存在这种催化氢气代谢的酶。氢气具有选择性抗氧化作用,能中和羟基自由基和亚硝酸阴离子。氢化酶和氢气活性在植物领域的效应值得探讨,这对于寻找氢气效应的分子基础有帮助。在氧化还原平衡调控中,蛋白质巯基能被一氧化氮信号调节,而一氧化氮合成酶可能会受到氢化酶调节。生物信息学研究结果提示,一种选择性氢化酶抑制剂可能对调节氧化还原信号具有调节作用。用氢气处理植物可以产生多种效应,主要包括提高生长速度,应对伤害反应,但分子作用细节仍然不够清楚。


Russell G, Zulfiqar F, Hancock JT.Hydrogenases and the Role of Molecular Hydrogen in Plants.Plants (Basel). 2020 Sep 2;9(9):E1136.

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