一氧化氮的生物学特性-精品课程-教学
一氧化氮生物系统及其药理学作用
Endothelium-derived relaxing factor－ NO 内皮衍生舒张因子－一氧化氮（NO）
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EDRF (endothelium－derived relaxing factor)
• 由此佛契哥特推测内皮细胞在Ach的作用下产 生了一种新的信使分子，这种信使分子作用于 平滑肌细胞，使血管平滑肌细胞舒张，从而扩 张血管，佛契哥特将这种未知的信使分子命名 为内皮衍生舒张因子(endothelium－derived relaxing factor, EDRF)。
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◆长期研究亚硝基化合物药理作用的伊格纳罗教授与佛 契哥特教授合作，针对EDRF的药理作用以及化学本质 进行了一系列实验，发现EDRF与NO及许多亚硝基化 合物一样能够激活可溶性鸟苷酸环化酶(soluble guanylate cyclase, sGC)、增加组织中的cGMP水平。
◆伊格纳罗教授与佛契哥特教授在1986年作出了大胆的 推测：EDRF是NO或与NO密切相关的某种(某类)化合 物。
Robert F. Furchgott Louis J. Ignarro
佛契哥特
伊格纳罗
Ferid Murad 慕拉德
获奖理由：发现NO是心血管系统的重要信号分子
评审团表示：“这是首度发现一种气体可在人体中
成为信号分子。”
பைடு நூலகம்
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• 2005年8月，著名小品演员高秀敏在长春家中去 世，死因为突发性心脏病；2006年12月，著名相 声艺术大师马季在北京家中突发心脏病去世； 2007年6月23日，59岁的相声大师侯耀文心脏病 突发，猝然辞世……心脏病，已成为威胁现代中
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一氧化氮生理功能的发现过程
◆自七十年代起，美国弗吉尼亚大学的慕拉德教授及合作 者系统研究了硝酸甘油及其它具有扩张血管活性的有机 硝酸酯的药理作用。 发现这类有机硝酸酯具有一个共同点：
九、一氧化氮
NO、CO、HO· 均可激活 GC，以NO作用最强
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病理情况下：
如：炎症反应、肿瘤、自身免疫反应等NO参与中性 粒细胞、淋巴细胞、巨噬细胞的细胞毒作用 内毒素 LPS IFN-γ IL TNF
NO + O2-· ONOO损伤组织细 诱导细胞凋亡
巨噬细胞 中性粒细胞 肥大细胞 组织细胞损伤 杀伤肿瘤细胞 杀伤病原微生物
局部产生NO
2.NO的清除
NO2
NO
NO2NO3随尿排出
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3.NO的反应
⑴与O2反应 2NO + O2 NO2 + NO N2O3 + H2O NO + O2 2NO2 N2O3 2HNO2 ONOO·
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2H+ + 2NO2-
⑵ 与O2-· 反应
NO + O2-· ONOO- + H+ ONOOH ONOOONOOH ONOOH﹡
IL-1 IL-2 IL-6 IFN-γ TNF-α MIF
促进NO合成
IL-4 IL-10 IL-18 TNF-β EGFC
抑制NO合成
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b、NO对细胞因子分泌的影响
Th1产生IFN-γ IL-3 IL-10 抑制 巨噬细胞产生IL-6
NO
促进
巨噬细胞产生TNF-α IL-1α 炎症局部淋巴细胞产生IL-2 IL-6
iNOS
大量NO 抑制三羧酸循环 抑制线粒体电子传递 抑制DNA合成
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2.NO生物学作用
⑴ NO在心血管系统的作用
① 松弛血管平滑机 ② 抑制血小板凝聚
⑵ NO在神经系统作用
中枢神经系统：参与动物学习记忆过程
神经递质释放的调节
一氧化氮教学设计
三、NO2 与水反应： 3 NO2 ＋ H2O ＝2HNO3 ＋ NO
工业上利用这一原理生产硝酸。 现在知道“魔鬼谷”牧草茂盛、四 季常青的原因吗?
NO和NO2的性质比较：
NO 颜色、状态 气味 溶解性 毒性 稳定性 收集方法 NO2
无色气体 无味
难溶于水
红棕色气体 有刺激性气味
易溶于水且与 水反应
你的设计对工业上生产硝酸有什么启示？
工业化、溶解，可充分利用原料，并减少 NO的排放，保护环境。
思考与交流：
要通入多少O2， NO能完全转变成HNO3呢？ 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO ①
2NO+O2 ＝ 2NO2
②
有毒性
不稳定(易氧化) 排水法
有毒性
稳定 向上排空气法
思考：
NO2 与水反应： 3 NO2 ＋ H2O ＝2HNO3 ＋ NO
NO2与水反应会产生NO，那么如何才能 使NO2完全转化为HNO3呢？
科学探究
现给你一试管二氧化氮，其他药品和仪器自选。 请你设计实验，要求尽可能多地使NO2被水吸收。 实验步骤 （ 1） （ 2） （ 3） 现 象 解释 （反应式）
发现一氧化氮 (NO)是人体内 保护机体抵抗 心血管疾病与 其他疾病的信 号分子
1998年诺贝尔奖获得者伊格纳罗
谢谢观赏
3NO2+H2O= 2HNO3+NO
在这个过程中要通入多少O2， NO2才能完全转变 成HNO3呢？ ① 3NO2＋H2O＝2HNO3＋NO ② 2NO+O2 ＝ 2NO2 ① ×2 得： ③ 6NO2＋2H2O＝4HNO3＋2NO ② + ③得： 4NO2＋O2＋2H2O＝4HNO3 (工业合成硝酸) NO2与O2以4︰1的体积比混合，与足量 的水反应就可以完全转变成硝酸。
一氧化氮（NO）的生物学作用
一氧化氮（NO）的生物学作用NO是一种带有不成对电子的气体，化学性质不稳定，半衰期很短，仅有几秒钟，易形成硝酸盐和亚硝酸盐。
长期以来，人们只知道NO 是一种环境污染物，是酸雨的诱导者，却从未认识到这小小的气体分子在生物体内发挥着不容忽视的作用，成为20世纪90年代的研究热点，在1992年被Nature杂志誉为“明星分子”，其研究至今方兴未艾。
1978年，美国纽约州立大学Furochott等在一次偶然的机会中发现Ach对内皮保存完整的兔离体主动脉环具有舒张作用；而对去内皮螺旋条则具有收缩作用。
后来证明Ach作用于内皮细胞，产生了一种弥散因子，称为内皮细胞依赖性舒张血管因子（EDRF），后来证明EDRF即为NO.NO以L-Arg为底物，在一氧化氮合成酶（NOS）的催化下生成。
NOS经实验证明是NADPH-黄递酶，此酶按其细胞和组织来源共有三种亚型：神经元型NOS（nNOS）；内皮型NOS（eNOS）；诱导型NOS（iNOS）。
前两种在细胞处于生理状态下即可表达，是钙离子和钙调蛋白依赖型，合称为结构型NOS（cNOS），后一种为非钙依赖型，在细胞受到刺激时可大量表达。
由于NO扩散快，易被降解，其合成部位常用NOS的分布部位来表示。
用免疫组织化学和NADPH-黄递酶组织化学法发现，脊椎动物的许多部位如脑、胃肠道、肺、心血管、子宫、卵巢、巨噬细胞甚至骨骼肌细胞中有NOS阳性细胞分布。
作为一种低分子量的脂溶性分子，NO产生后以扩散的形式作用于其周围的组织和细胞，其“受体”是一些酶或其他分子中的二价铁离子。
当NO与鸟苷酸环化酶（GC）的铁离子结合后，GC便被激活，从而产生一系列的生物学效应。
NO在生物体内像一柄“双刃剑”，发挥着双重作用。
适量的NO 释放，能引起生物体的一系列生理作用，而NO的释放过量或不足，则产生一系列病理作用，危害人体健康。
NO是一种极不典型的中枢和外周神经系统的递质，因为它并非包裹在突触囊泡中或以细胞排粒作用而释放，也不作用于典型的细胞表面受体，但由于其扩散快，传导距离长而在学习和记忆中发挥作用。
一氧化氮的生物学效应和诱导机制
一氧化氮的生物学效应和诱导机制一氧化氮，常简写为NO，是一种无色、易挥发的气体。
虽然它的毒性很强，但在合适的浓度下，一氧化氮也有利于人体的健康。
在医学领域，一氧化氮已经被证明具有很多生物学效应。
本文将围绕这个主题展开阐述。
一、一氧化氮的产生和功能一氧化氮的产生和功能在人体内是很重要的。
它是由一种叫做NO合酶的酶催化反应生成的。
当我们需要一氧化氮时，NO合酶会将精氨酸转化为亚精氨酸，然后亚精氨酸会被另一个酶催化，生成一氧化氮。
在人体内，一氧化氮具有很多生物学效应。
首先，它可以帮助放松血管，使得血流更顺畅，从而降低血压，预防心脑血管疾病的发生。
其次，它可以增强身体的免疫力。
最后，一氧化氮还可以帮助抵抗病毒和癌细胞的侵袭。
二、一氧化氮的诱导机制一氧化氮的生物学效应和诱导机制是如何实现的呢？一氧化氮作为一种活性氧，它的作用主要是通过和其它分子进行反应进而影响生物体的代谢和生理功能。
最经典的一种诱导机制就是NO- cyclic GMP Pathway机制。
在这种机制中，一氧化氮会作用于细胞表面上的激活剂，从而形成一种新的化合物------环磷酸鸟苷（cyclic GMP）。
环磷酸鸟苷对于细胞的代谢过程起到了调节作用。
三、生物学效应研究的进展在生物学效应的研究中，一氧化氮的应用已经得到了广泛和深入的探讨和研究。
对于一些疑难杂症治疗和疾病研究，一氧化氮不但安全而且有出色的治疗效果，可以说有着巨大的医学潜力。
一氧化氮在呼吸系统疾病、消化系统疾病、心血管系统疾病、癌症疾病、瘢痕疙瘩等治疗上都有应用。
从这些研究来看，一氧化氮在医学领域的前景非常广泛。
四、结论总之，一氧化氮是一种既有益又有害的化合物。
在我们的日常生活中，需要合理利用一氧化氮的生物学效应和诱导机制，从而充分发挥它的益处作用。
在未来，可以预期一氧化氮将有更广泛的应用。
这是因为随着科学技术的不断进步，我们对它的作用和机制的了解会越来越多，从而发挥出更大的作用。
二氧化氮和一氧化氮课件
利用差量法可帮助快速解题，可在题中寻找体积差。
解法二：设NO2体积为xmL
3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO
△V
3
1
2
x
20-10==10
x = 15
例2、一支试管中充有20mLNO气体，倒置于水槽中，现向其中通入
一定量的O2，试管内最终有4mL气体，则通入O2的体积可能是多少？
解：若最终余下气体的成份为NO，则与水反应的
若NO2过量，则O2全部参加反应， 而过量的NO2还会和H2O继续反应， 余下的5 mL气体为NO，
4 NO2 + O2 +2H2O == 4HNO3
4
1
4y
y
则过量的NO2体积为 (x-4y) mL
3NO2 + H2O ==2HNO3 + NO
3
1
(x-4y)
5
则 x-4y == 15
解之得，x = 27 mL y = 3 mL
与O2反应 2NO + O2 = 2NO2
×
如何收集NO、NO2 ？
易错细节：NO和O2不能共存，收集NO只 能用排水法。收集NO2不能用排水法只能 用向上排空气法。
怎样除去 NO 中的 NO2 ?
+l +2 +3 +4 +4 +5
N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5
N2O3是HNO2的酸酐 N2O5是HNO3的酸酐
解：设原混合气体中NO2的体积为x mL ，O2的体积为y mL 则x+y==30
若O2过量，则余下5mL气体为O2 ,则
所有的NO2全部参加反应，而参加反
一氧化氮的作用机理培训资料
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在生物体内，一氧化氮可作为一种信号分 子，参与多种生理过程的调节。
生理功能及重要性
血管舒张
神经传导
免疫调节
抗肿瘤作用
其他生理功能
一氧化氮能够激活血管平 滑肌细胞内的鸟苷酸环化 酶，促进环磷酸鸟苷 （cGMP）的生成，进而 引起血管舒张，有助于降 低血压和改善血液循环。
在神经系统中，一氧化 氮可作为一种逆行信使 ，参与神经元之间的信 号传递过程。
抗衰老作用
一氧化氮能够增加皮肤胶原蛋白 的合成和减少其降解，提高皮肤 弹性和光泽度，对延缓皮肤衰老 具有潜在应用价值。
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信号传导。
效应分子及其作用机制
cGMP
其他效应分子
作为第二信使，激活cGMP依赖的蛋 白激酶G（PKG），进而调节多种细 胞功能，如血管舒张、神经传导等。
一氧化氮还可与超氧化物反应生成过 氧亚硝酸盐（ONOO-），对细胞产 生氧化应激和毒性作用。
PKG
通过磷酸化多种靶蛋白，如离子通道、 转录因子等，调节细胞内的多种生理 过程。
一氧化氮的作用机理培训资料
contents
目录
• 一氧化氮基本概念及性质 • 一氧化氮在生物体内合成与代谢 • 一氧化氮信号传导通路与效应 • 一氧化氮在心血管系统中作用 • 一氧化氮在神经系统中作用 • 一氧化氮在免疫系统中作用 • 一氧化氮在其他领域应用前景
01 一氧化氮基本概念及性质
一氧化氮定义与结构
抑制过度免疫反应和减轻炎症损伤
抑制炎症介质释放
一氧化氮能够抑制炎症细胞释放炎症介质，如组胺、5-羟色胺等， 从而减轻炎症反应和组织损伤。
抑制白细胞浸润
一氧化氮的生物效应和在细胞信号传导中的角色
与其他气体信号分子相互作用
NO与一氧化碳（CO）在生物体内具 有协同作用，共同参与血管舒张、抗 炎和抗氧化等生理过程。
NO还可以与硫化氢（H2S）相互作用， 共同调节血管张力、细胞增殖和凋亡等 过程。
NO在神经系统中的传递作用对于学习、记忆和认知等高级脑功能具有重要意义。
免疫调节作用
01
NO在免疫系统中具有广泛的调节作用。它可以作为免疫细胞间 的信号分子，参与免疫细胞的活化、增殖和分化等过程。
02
NO还可以通过抑制某些病原体的生长和繁殖，发挥直接的抗菌、
抗病毒作用。
NO的免疫调节作用对于维持机体免疫稳态和抵御感染具有重要
生理效应
通过蛋白质磷酸化/去磷酸化过程，一氧化 氮参与细胞周期调控、细胞分化、免疫反应 等生理过程的调节。
基因表达调控作用
一氧化氮影响转录因子活性
一氧化氮可激活或抑制某些转录因子，如NF-κB、AP-1等，调控 基因转录。
一氧化氮与表观遗传学调控
一氧化氮可影响DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传学过程，进 而调控基因表达。
药物治疗靶点
针对信号传导异常环节的药物设计是疾病治疗的重要策略之一。
04 一氧化氮在细胞信号传导 中角色
cGMP依赖型信号通路
一氧化氮激活可溶性鸟苷酸环化酶（sGC）
一氧化氮与sGC的血红素基团结合，改变其构象并激活酶活性，催化GTP生成cGMP。
cGMP作为第二信使
cGMP在细胞内累积，激活cGMP依赖的蛋白激酶（PKG）或cGMP门控的离子通道，进一步传递信 号。
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NO对肿瘤微循环的影响
❖ NO在维持和调节肿瘤血流、血管舒张及营养 供应方面起重要作用。
NO与肿瘤血管形成关系及其机制
❖ Papapetropoulos等将人脐静脉内皮细胞 (HUVEC)暴露于VEGF致浓度依赖性的cGMP 水平增加,cGMP表明NO生成,L-NAME抑制此 现象。
❖ 结论：NO是肿瘤血管形成的信号换能器。
血
管
内
一氧化氮合酶
皮 细
L-精氨酸 + O2
NADPH
L-瓜氨酸 + NO
胞
NO与鸟苷酸环化酶结合，使之活化
血
管
cGMP含量升高
平
滑
cGMP可降低血管平滑肌中的Ca2+的浓度，引起血管平滑肌
肌
舒张，血管扩张、血流通畅。
NOS类型
❖ 神经型(neuronal NOS,nNOS) ❖ 内皮型(endothelial NOS,eNOS) ❖ 诱导型NOS(inducible NOS,iNOS)
Thank you!
THANK 谢谢聆听
中国学者研究方向
❖ 1)NO在神经信息传递功能中的作用; ❖ (2)NO在心、脑缺血性损伤中的作用; ❖ (3)NO与肝细胞毒性及免疫功能; ❖ (4)NOS的分离纯化及检测; ❖ (5)NO供体化合物的合成, ❖ (6)NO作为自由基的顺磁共振检验。
NO在植物体中的作用
1、在植物生长发育中的作用 2、在植物抗逆过程中的作用
NO的产生
❖ 血管内皮细胞和神经细胞是NO的生成细胞， NO 的 生 成 由 一 氧 化 氮 合 酶 （ nitric oxide synthase，NOS）催化，以L精氨酸为底物， 以NADPH作为电子供体，生成NO和L瓜氨酸。
Guanylate cyclase
一氧化氮作用血管扩张的机制
NO信号分子的作用机制
NO在植物体研究重点
❖ (1)植物NOS基因的克隆 ❖ (2)NO在植物抗逆过程中的作用 ❖ (3)NO在植物生长发育过程中的作用
❖ 总体而言，我国科技工作者在一氧化氮研究 领域与先进国家存在较大差距，如何减小这 一差距，则是我们这一代的任务。
❖ 有志者，事竟成，破釜沉舟，百二秦关终属 楚；
❖ 苦心人，天不负，卧薪尝胆，三千越甲可吞 吴！
❖ 1998年R．Furchgott等三位美国科学家因对NO信 号转导机制的研究而获得诺贝尔生理和医学奖。
Robert F. Furchgott Louis J. Ignarro
弗奇戈特、
伊格纳罗、
பைடு நூலகம்
Ferid Murad 穆拉德
NO的生物学作用
1.参与心血管活动的调控 2.作为中枢神经系统的信使 3.参与免疫及炎症反应和对肿瘤的双重作用 4.在其他系统中进行调节
NO与肿瘤生长和转移的关系及其 机制
❖ 高浓度NO使肿瘤细胞自身凋亡,而低NO水平 通过许多机制,包括前述的促进新生血管形成, 增加肿瘤血流量,提高细胞浸润性或抑制瘤细 胞凋亡而促进体内肿瘤生长。
❖ 肿瘤细胞或宿主细胞生成NO促肿瘤生长或转 移可能是多种机制的结果。
临床应用前景
❖ NO在体内作用多样、机制复杂,真正把NO与 肿瘤临床治疗结合起来尚需进一步的努力。 相信随着对NO研究的不断深入,探索其与肿 瘤生物学行为之间的关系,必将为NO在肿瘤 基础研究和临床应用方面开辟广阔的前景。