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化学通报1999年第2期
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生物活性小分子过亚硝酸根
廖力夫袁亚莉邓健
(衡阳医学院化学教研室421001)
摘要过亚硝根可产生于生物系统,是一种强氧化剂过氧化引父剂和硝化剂,可与多种生物物
质反应.在许多生物过程中都起着重要作用。
关健词过亚硝酸根
Abstract Pcroxyn itritc w hich p ro duced in som c b io logical systam s is a strong ox idant, and pcroxi-
dation inducing and nitrating agent It can attack a w ide range of bin logical targets and p lay an mportant
ro lc i m any bio logial p roccsscs
Kcy words Pcroxynitritc
?在1929年,人们就己发现臭氧与迭氮化钠作用时有过亚硝酸根( Peroxynitrite,ONOO-,在生物学和医学中
乂常称为过氧硝基阴离子)生成。ONOO-也是过氧化氢氧化電硝酸生成硝酸过程中的中间产物。出于当时并未
发现ONOO有何重要实际意义,因此有关ONOO的研究在一段较长时间内一直进展缓慢。1990年, Beckm an等
人叫提出在物系统中有ONOO-成,于是有关ONOo的研究立即受倒人们的极大关注,相关研究论文数量逐
年迅速上升,使有关ONOO-的研究成为生命科学研究中的一个热点之一。
1生物系统中产生ONOO
牛物系统中能产生超氧阴离子自由基,超氧阴离」介导着多种休理和病理过程,这早已是众所周知的事实
1987年,人们又发现生物系统中能产什另种重要的自由基小分子,这就是氧化级,且.氧化氮在血管舒张等
系列重要生理过程中起着关健性的作用。在一个细胞中,超氧阴离子和一氧化氮往往是同时产生的,于是 Beckm an
等人提出生物体内的超氧阴离了和一氧化氮可迅速结合生成ONOO
NO+O>
N-0-0
这一看法很快就被大量实验所证实。现有的研究し经表明,イ那些能同时产生O2和NO的细胞中,如内皮细胞、神
经细胞、巨燧细胞、嗜中性细胞等,都有ON00-生成2。
O2与NO反应的速率非常快(k=7×10"moI?L?s")、为扩散控制型反应,比O1与超氧化物歧化酶SOD
的反应(k=2×10mor?L?s')要快得多,更远快丁NO与铁的配位反应(k<10mor?L?s"),?此SOD等
并不能完全阻止ONOO的产牛
在生物系统中,ONOO除可山O2与NO反应生成外,还有其他的生成途径。其中途径之一是NO还原为
NO斤再与氧气作用作成 ONOO:
NO+2ONOO
这牛成途伶不需O2参与,因此不受SOD影响。
2ONOO-的结构与性质
2.1空间构型和酸碱性
在水溶液中,ONOO-与其共轭酸 ONOOH存在着酸诚质」平衡。 ONOOH有cis(顺式)和tans(反式)两种主
廖力大男,46罗,副教授,研究方向:医学白由基化学
1998-02-16收稿,1998-06-01修回
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化学通报1999午第2期
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要基态空间构型,计算表明 CISONOOHI是更稳定的构型,二者能级相差约为 5KJ ol相应地ONOO也有cis
和 trans两种构型,但二者何者更稳定则尚存在不同研究结果。 CIS-ONOOB和 tran SONOOHI离解为ONOO的酸
常数略有不同,pK。俏分別约为6.8和8.0?。
2.20NO0H异构化重排为硝酸
ONOOH在水溶液中极不稳定,很快异构化重排为硝酸。在37C和生理pH条件下, ONOOH的半寿期约为
0.5s?,但与经自由基相比,则仍算是长寿分了。ONOO在碱性浴液中则是较稳定的,但在中性和較性条件下则质
子化为 DNOOHI而迅速重排为硝酸。対」 ONOOH异构化为硝酸的历程,日前提出的主要有均裂重排?和高能激
发分子内重排"??种机理。均裂重排机理认为, ONOOH先均裂为羟自山基和二氧化氮,二者再重新结合生成硝
酸。高能激发分子内重排机理认为, ONOOHI在重排为硝酸的过程中,经历了一个高能激发过渡谷,这一激发
存在着HONO2」HONO2]和[HO-NO2]种主要共振结构,用 ONOOH'表示,其能显比基心约高70kJ/
mol, ONOOH'再进行分子内重排牛成HNO。这两利机理各自都能说切部分实验事实,但都存在着不够完善的地
方。可能的情况足在 ONOOH重排为硝酸的过程中多和机理都同时存在。
2.30NOO的反应性
3.1强氧化性ONOO-和 ONOOH都是强氧化剂。根据计算, ONOOHI单电子还原为NO2标准电极电势达
2.1伏"0,是比过氧化氢强得多的氧化剂,可氧化多种还原性物质。ONO0~和ONO0H氧化底物的反应机埋存在
着多重性。通常在底物浓度较人时主要表现为二级反应(对 ONOOH和底物均为?数),此时反应可能主要经历的
是由基态的ON0O或 ONOOH直接与底物作用的双电子转移历程。在底物浓度较小时主要表现为数反应(对
ONOOH为一级,对底物为零级),此时反应可能主要经历的是巾激发态的 ONOOH'或自由基对HO-+NO2
底物作用的单电子转移历程。例如筑基与ONOO-反应的机理,在筑基浓度较大时主要为双电子转移历程,在筑基
浓度较小时主要为单电子转移历程。
2.3.2引发自山基链反应ONOO-是自山基链反应的引发剂,如引发脂质过氧化.引发谷胱廿肽的自山基链x
消耗等。引父的方式可能是经巾自由基对历程,也可能是经巾ONOO'的关羟自巾基历程,但引发的结果是相同的
用有关自由基清除剂可抑制这种链反应。值得提的是,NO本身是?种自由基链反应的终止剂,但当其形成
ONO0斤,却成了自由基链反应的引发剂
2.3.3硝化芳环ONOO-足一种硝化剂,可将含芳环的物质硝化成硝基化合物,如使略氨酸成为硝基路氨酸,使
乌嘌岭成为硝基鸟票岭等而且ONOO和 ONOOH往往在生理pH条件下显示最强的硝化能力。硝化反应历
程也存在着多重性,既有自由基取代历程,因为在硝化反应中可檎测倒:聚滎体ArAr的存在,又有亲电取代历程.
因为当存在亲电取代催化剂时使硝化产物的产率大为增加
3ONOO与生物物质的作用及生物系统内的影响因素
3.1与各种生物物质的作用
由于ONOO是强氧化剂,能引发自出基链反应利和硝化芳环,这就使得ONO0在生物系统中能与多种生物物
质发生反应。主要反应有直接氧化蛋白和正蛋白巯基,使脂质、脂蛋白等过氧化.使略氨校、嘌昤等硝化,在氧化、
过氧化、硝化等综合作用下使蛋白质政性使酶失活、使DNA断裂"り、使细胞膜线粒体膜变性:]等。
3.2SOD的影响
SOD同NO争与Oi作用可減少ONO0的生成量,但巾于反应不如NO快、ONOO-又有其他生成途径,使
SOD不能完全阻止ONO0牛成。在ONOO-介导的硝化反应中,如略氨酸的硝化中,SOD却是和有效的催化
剂,川刷了ONOO-対略氨酸的硝化。
3.3生物小分子抗氧剂的影响
生物体内的小分子抗氧剂主要有谷肬肽、维生素E、维生