黄佩丽

(北京师范大孛化学系100875)

在224年前，普列斯特里(Priestley)发现了NO．并用于他所做的燃烧及光合成实验以后，NO逐渐被广泛地用于制造硝酸、化肥、炸药

等。NO在造福人类的同时，又严重地污染空

气，亦给人类带来了灾难。最近由于意想不到的其在生理学及神经生物学中的奇妙作用，因而使这个古老的分子再度引起人们极大的兴趣。每年全世界发表有关NO方面的论文数以千

计，美国“Science”杂志曾称NO为“明星分子”，成为当前生命科学的研究热点。

历史的回顾

在1772年普列斯特里用8mol／LHNO₃和金属铜作用首次制得无色气体NO：

8HNO₃+3Cu→3Cu(NO₃)₂+2NO＋4H₂O

暴露于空气中即转变为NO₂，此后人们用还原剂还原硝酸、硝酸盆及亚硝酸盐溶液都制得了NO。

商业上，用氨催化氧化法，使氮转化为NO．NO转化为NO₂，溶于水制得硝酸成力制取硝酸的重要方法：

2NO(g)＋5O₂(g)→2NO₂(g)

3NO₂(g)+H₂O(1)→2HNO₃(aq)＋NO(g)

1903年，采用伯克莱特—艾迪反应(Birke-land－Eyde)。由空气中N₂和O₂通过放电反应制得NO：

然后再转化为硝酸。由于该法产量低，耗费大，故一般不采用这种制法。理已证实，当闪电时，空气中的N₂和O₂合成NO，特化为HNO₃，随雨水降至地面为植物所利用，是土壤氮的重要来源，亦是自然界固氮的一种方法。NO可用于制硝酸、肥料及炸药，为高新技木、工农业生产立下了汗马功芳。

空气污染的祸根

近年来，NO所以交得“臭名昭著”，是由于它严重污染空气，上述伯克莱特—文迪反应是空气污染物NO的重要来源。

1．光化学烟雾

一般由汽车及飞机排出的废气中的NO

(内燃机中空气燃烧所生成)，然后在空气中转变为NO₂，在日光中，NO₂分解为NO和O：

生成的O可转化为O₃：

O(g)+O₂(g)+A(g)→O₃(g)+A(g)

(A＝任何第3种物体，如N₂或O₂)

O₃是一强氧化剂，对眼睛有强腐蚀作用，危害呼吸系统，在对流尾(距地球表面10km)存在，危害植物生命，它能使NO再转变为NO₂：

O₃(g)+NO(g)→NO₂(g)+O₂(g)

在对流屋的NO能与碳氢过氧游离基(RO₂)反应转变为NO₂，与烯烃、醛类(由烯烃与NO₂或O₃反应生成)。C₂H₄、CO、CH₄、硝酸过氧乙酰RCO－OONO₂等一起组成混合物，形成蓝色烟雾，称为光化学烟雾，如有名的洛杉矶、伦敦光化学烟雾事件，近年来我国上海也有这类事件的报道。它严重污染空气，刺激眼睛、呼吸道，危害及大。

2．臭氧空洞

在平流层(距地球表面10～50km)有一臭氧层，它能吸收太阳光的紫外线辐射(＜300nm)，保护地球上的生命免受紫外线的辐照，然而处于平流层的NO能与O₃作用生成NO₂和O₂，然后NO₂与O反应再产生NO和O₂，反应式如下：

O₃(g)+NO(g)→NO₂(g)＋O₂(g)

NO₂(g)+O(g)→NO(g)+O₂(g)

净反应：O₃(g)＋O(g)→2O₂(g)

平流层的超音速飞机排出的NO废气降低了O₃的浓度，破坏臭氧层。紫外线不断辐射到地面，对人类是一种威胁。南极上空臭氧层遭破坏，形成空洞，使紫外线照射强度比一般高出10倍左右，致使更多人患皮肤癌。

“明星分子”NO

80年代末，发现了NO在体内许多组织中存在，它有扩张血管、免疫、增强记忆等功能。且与多种现代病、多发病，如心血管病、老年性痴呆等病有关。其生物学作用是令人瞩目的。

1．NO与血管扩张

1987年Palmer等人研究动脉血管平滑肌的松弛作用时，在动脉内皮细胞中发现有一种能发出信号使肌肉松弛的新物质NO，这是目前体内发现的最小、最轻、最简单的生物信使分子。

NO是无色气体，在水中溶解度小(1．8×10^-3mol／L)是具有未配对电子的自由基，反应活性高，极易被氧化为NO₂，在生物体内该反应也能同样进行，不过很快形成NO₂^-或NO₃^-而失活。因而在生理条件下，NO存在的寿命很短，半衰期的力6s。NO具有脂溶性，分子量小，极易穿过细胞膜，扩散性强，因此几乎遍及机体各个部位，在细胞之间发挥信息传递的重要作用。

经研究证实了哺乳劫物内皮细胞能自身合成NO：

此反应较复杂，NADPH为还原型辅酶Ⅱ．提供电子，这种内源性的NO可与平滑肌内的鸟苷酸环化酶作用生成活化的鸟苷酸环化酶，平滑肌内的三磷酸鸟苷(GTP)在活化鸟苷酸环化酶作用下转化为环岛苷酸(CGMP)，从而使平滑肌松弛，引起血管扩张、血庄下降。并能抑制血小板凝集和粘附到内皮细胞上，有抗血栓作用。在医学上很多疾病，如心绞痛、高血压等都与心血管内平滑肌的松弛机能有关，这些疾病的病理一般是由于病人存在NO生成缺陷，传递发生了障碍。

对于心绞痛、心肌梗塞等心血管病，人们使用硝酸甘油(C₃H₅(ONO₂)₃)、硝普钠Na₂［Fe(CN)₅(NO)］·H₂O等药物治疗已有100多年的历史。长期以来，人们对其确切机理所知甚少。近年由于NO的生物学作用的研究，已清楚表明，这些硝基血管扩张剂是非酶学途径产生的外源性NO，可提供适量NO，以缓解病痛。实际上，硝酸甘油、硝普纳是通过与体内半胱氨酸及谷胱甘肽反应，产生一种不稔定的S—亚硝基硫醇，它自行分解释放NO，连续使用这类药物可导致冠状动脉和静脉产生耐受性。这与此类药物在生化转化产生NO的消耗巯基，寻致NO生成减少有关。另外，硝酸甘油为一强烈的炸药，携带使用不甚安全。目前人们已开始研制能自发释放NO的安全新型供体药物。

NO所表现的血管扩张，控制血流量的信使作用，正是由于在溶液中NO的浓度很低，与O₂的反应非常慢，否则这种生物学作用未必能够发生。

2．NO与免疫

人体中有一种抗衡微生物入侵的巨噬细胞，它是在机体感梁时遭受微生物内、外毒素、肿瘤坏死因子或白细胞介素等刺激后产生的。这种细胞若在健康人中发现则是不正常的。

巨噬细胞可以激活NO合成酶，合成大量的NO，它对细菌、真菌、寄生虫、肿瘤细胞有杀伤作用。这是由于NO在生理PH条件下，可与体内O₂^-反应生成过亚硝酸根离子(ONOO^-)：

NO＋O₂→ONOO

过亚硝酸根离子可质子化，生成过亚硝酸，过亚硝酸不稳定，易裂解：

ONOOH→NO₂+·OH

生成羟自由基(·OH)和NO₂，它们成为细菌、致病原菌、肿瘤细胞的毒杀剂。O的抗肿瘤作用是抑制肿瘤代谢和封锁其生成，在免疫系统中发挥细胞间信息传递的作用。

3．NO与记忆

NO是一种特殊的生物信使分子，它不仅在内皮细胞、巨噬细胞中，在脑中也可合成。脑化学研究者JohnCraithwaite发现脑内有从内皮细胞产生的NO，他曾用电刺激脑细胞发现在神经突触及神经细胞分叉处产生NO。此后，又有大量研究证明NO能传导记忆的建立，与学习、记忆有关。

人脑内海马有长期记忆和学习的技能，海马中一些区域在重复刺激后可产生一种持续增强的突触效应。称为LTP(Long－term Potentiation)长时性增强。它是神经元学习和记忆机制的模式，是在突触后由Ca²⁺通过NMDA(N-甲基-D-天氡氨酸)受体的离子通道内流引起，但LTP的推持与突触前有关，而脑中的NO就是从突触后释放，通过扩散作用于突触前的LTP的逆行性信使。NO作为逆行性信使具备两个条件：它能从突触后至突触前自由地通过细胞膜；另外它的半衰期很短，不影晌其它的突触。如果我们用硝普钠产生外源性的NO，可使海马的突触效应持续增强。因此NO是脑中贮存记忆时关键的化学物质。它作为信使从突触后(接受信号)细胞反馈到突触前(发出信号)，告诉信号发出者增大信号发出。它是一种神经递质，是中枢神经系统中一个新的重要的气体性信使分子。

必须指出：在讨论NO对人体的生理作用时，一定要注意NO的量，NO到达靶细胞的数量决定了NO细胞效应类型。如果NO产量为10^-9mol水平时，一般是发挥信息传递的作用；若达10^-3mol水平时，则主要表现为毒性作用。如，过量NO导致血管过分扩张，血压下降，组织器官受损及损害中枢神经系统，导致脑细胞死亡，引起爱滋病性痴呆症等等。

综上所述，古老的NO分子具有两重性。对人类有利又有弊。我们在全面认识它的性质以后，座加强对NO的治理，防止它污染空气。并正确地使用，以更有效地友挥它的生物学作用，使小小的NO给人类带来巨大的福音。

参考文献

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