植物和细菌氢化酶(氢酶4)
研究植物产氢气过程和氢气对植物细胞的效应,对理解氢气生物学效应基础有非常好的借鉴价值。植物细胞和动物细胞一样,都是真核细胞,植物细胞具有产生氢气的作用,提示动物细胞也具有产生氢气的潜力。氢气对植物细胞的效应和对动物细胞的效应应该存在类似的分子基础。所以研究植物氢气效应可给动物细胞学效应提供很好的借鉴意义。
图 人类、拟南芥和黄花蒿氢化酶氨基酸序列对比。
四、植物和细菌氢化酶
虽然肠道菌群和人体健康关系很大,但是微生物和植物的关系更密切。这里强调和植物相关,也是微生物和植物的关系比动物更密切,许多植物的生存离不开细菌的协助,有一些植物的功能就需要细菌或真菌参与。不过,植物和细菌关系的研究,特别是和氢气代谢相关的研究,对于理解和研究肠道菌群氢气相关效应也有启发意义。
虽然植物细胞能产生氢气,来自环境的外源性氢气也会发挥生理调节效应。自然情况下外源性氢气代谢主要是细菌和真菌等微生物。如研究表明,土壤内含有氧化氢气的细菌,这些细菌可能对植物生长有促进作用。土壤给植物提供营养物质和矿物质,植物和土壤相互作用是植物生长的重要条件。
1937年,Wilson 和 Umbreit主编的书中报道了氢气对固氮的影响。根瘤共生菌能产生氢气,但是氢气似乎对固氮有不利作用。内源性氢气是固氮酶副产物,大约50%的电子用于固氮,其他电子则产生了氢气,氢气产生后释放到周围环境,可能对农作物轮作中发挥正面作用。
氢气氧化菌和许多植物相关,这种微生物是链霉菌属用于氢化酶。这种菌因许多种是抗生素的产生菌而且产生抗生素的种类最多而著名(如链霉素),代表种为白色链霉菌。1943年美国加州大学伯克利分校博士、罗格斯大学教授赛尔曼·A·瓦克斯曼从链霉菌中析离得到 ,是继青霉素后第二个生产并用于临床的抗生素,瓦克斯曼也因此获得1952年诺贝尔生理学或医学奖。
Kanno等用链霉菌接种到水稻和拟南芥幼苗,发现细菌可被带入植物组织中,其氢气氧化活性仍然存在。用氢气处理土壤可改变土壤中微生物数量,也可对植物生长产生影响。
人们很早就知道,一氧化氮能抑制氢化酶活性,氧气、一氧化碳和乙炔也能抑制氢化酶活性。1954年报道一氧化氮对变形杆菌属氢化酶的作用,此后研究发现一氧化氮的这种作用是通过抑制铁硫簇功能,虽然一氧化氮和氢化酶的作用可能比较复杂,但这些研究能明确一氧化氮能抑制氢化酶活性。氢化酶也能被硫化氢抑制。植物细胞能产生一氧化氮和硫化氢,这给植物细胞影响细菌和植物细胞自身氢化酶提供了潜在可能。
人体肠道菌群的情况更为复杂,细菌中的硫酸还原菌本身就可以产生硫化氢,肠道组织内血管内皮细胞和免疫细胞也能产生一氧化氮,这些气体都能跨细胞扩散,如此肠道内产氢气的细菌受到环境信号分子影响的情况更为复杂。所以我一贯不支持通过肠道细菌产生氢气作为氢气医疗方式,虽然这看起来有利用菌群治疗疾病的逻辑,但氢气在细菌世界的地位太高了,我们根本无法准确调控细菌产生氢气的数量和方式,而产生的氢气对更多细菌代谢繁殖产生影响,这种不可控制性让氢气的安全性大打折扣,这完全失去了氢气安全圣洁的特征。当然作为一种研究方法,通过调节肠道菌群产生更多氢气,这完全没有问题。学术研究没有那么多的顾虑,但用于人类疾病治疗,就要谨慎小心为基本要求。