利用电子自旋共振（ESR）技术研究一氧化氮自由基在心脑血管疾病和健康中的“双刃剑”作用

一氧化氮(NO)是一个简单的气体自由基,在心血管、免疫和神经系统是一个重要的信号分子．NO由不同形式的NO合酶,内皮型NO合酶(eNOS),神经型NO合酶(nNOS)和诱导型NO合酶(iNOS)在不同细胞中产生．NO在调节血压和血管稳态方面发挥重要的生理作用,但是,由iNOS产生过量的NO就会抑制心脏收缩、损伤线粒体甚至引起细胞凋亡．NO可以影响神经递质释放及突出体生成过程和可塑性,NO在脑的发育和维持调节脑回路、作为学习的信号分子发挥着重要作用．然而,越来越多的证据表明,如果NO产生过多,就可能损伤心血管和神经,甚至引起心脑血管还推行型疾病．该文综述了近年来利用ESR研究NO在心脑血管疾病和健康方面的“双刃剑”作用和天然抗氧化剂的保护作用的一些结果．     

苯乙双胍在人体内形成一氧化氮的机理研究

探讨了一氧化氮(NO)在一氧化氮合酶(NOS)的作用下通过氧化苯乙双胍的末端氮原子N1而合成的机理.在这个过程中,化合物的氧化是通过过氧甲酸HCOOOH(Performic acid)来实现的.我们以AM1计算为基础,在NO形成的反应路径上,研究了化合物的中间产物(speciesB、C、D、E),并得到了这些分子的最优化结构.此机制所释放的产物为HNO,它很容易产生NO.通过研究C3-O15和C3-N1原子间距离的变化,我们讨论了这个机制的合理性.     

X射线诱导的HeLa细胞旁效应中ROS和NO关系研究

活性氧(ROS)和一氧化氮（NO)是辐射诱导的旁效应信号通路中的两个重要信号分子。 实验研究了这两种信号分子在HeLa细胞旁效应信号通路中的关系。 通过微核实验, 发现X射线辐照过的HeLa细胞及其旁观者细胞微核形成明显增加, 而二甲亚砜（DMSO）预处理显著抑制了微核形成。 另外还发现, 接受条件培养基的旁观者细胞的增殖速率增加, 而DMSO预处理产生条件培养基的受辐照细胞则使旁观者细胞的增殖速率降低。 以上的结果从不同角度证实了HeLa细胞存在X射线诱导的旁效应, 且其可以被DMSO预处理所抑制。Western blotting和DAF FM DA荧光探针检测分别显示出辐照后细胞的诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和NO水平均升高, 而DMSO预处理则降低其水平。 因此, 可以推测X射线诱导的HeLa旁效应当中ROS是NO的上游信号。 Accumulating evidence indicates that irradiated cells can release signals which induce a series of biological responses in non exposed cells. This is known as irradiation induced bystander effects. Both reactive oxygen species(ROS) and nitric oxide(NO) play important roles in bystander effects. In this study, we determined the relationship of ROS and NO in the signaling pathway of bystander effects. HeLa cells were treated with or without dimethye sulfoxide(DMSO) before X ray irradiation, and micronuclei formation as well as cell proliferation rate was detected in both irradiated and bystander cells. In addition, we also detected inducible nitric oxide synthase(iNOS) expression and NO level in irradiated cells using Western blotting and DAF FM DA fluorescent probe, respectively. Our results showed that micronuclei were induced in irradiated and bystander cells while DMSO treatment significantly suppressed the formation of micronuclei in both of them. We also found that when cells were irradiated their proliferation rate was suppressed while DMSO treatment eliminated this inhibition effect. In contrast, the cells received conditioned medium from irradiated cells proliferated more quickly than the cells received medium from non irradiated cells while DMSO treatment reduced the difference. Finally, we found that irradiated cells had higher level of iNOS and NO compared to non irradiated controls, whereas DMSO treatment decreased their levels. These results suggest that ROS is the upstream signal of NO in X ray induced bystander effects in HeLa cells.     

美西律在人体内形成一氧化氮的机理研究

采用直接药物设计中的全新药物设计方法,利用MOPAC6.0中的AM1计算方法,以美西律(C10H15NO)为研究对象,探讨其在体内一氧化氮合酶(NOS)作用下通过氧化末端氮原子N4而合成一氧化氮的机理.通过研究此过程中化合物的中间产物的能量变化、相关键长和相关原子净电荷变化,我们讨论了这个机制的合理性.     

Bcl-2蛋白抑制钙信号的建模与全局动力学分析

钙离子(Ca~(2+))是生物体内一种"生死攸关"的信号分子,Bcl-2蛋白可以直接或间接调节IP_3R通道释放Ca~(2+)的能力,借此决定细胞命运.本文基于新近的实验成果,针对Bcl-2蛋白间接调控Ca~(2+)的信号通路建立数学模型,得到了与实验数据相符合的结果,从理论上证明了Bcl-2蛋白对钙信号有抑制作用.在对模型进行鲁棒性检验之后,本文对该信号通路中一些关键组分的作用进行了预测.以[IP_3]和[Bcl-2]为双分岔参数分析的结果表明Bcl-2对刺激强度能产生Ca~(2+)振荡的区域有重要影响.以蛋白磷酸酶1[PP1]和蛋白激酶A[PKA]为单分岔参数分析的结果揭示:PP1可以有效地抑制钙信号,而PKA对钙信号的促进作用有一定的局限性.模型结果表明,不同浓度组合的IP_3,Bcl-2和PKA会对钙信号发挥复杂的调控作用.本文不仅对相关生物学实验有一定的指导作用,而且可为治疗因钙信号失调而导致的疾病提供思路.     

NO2分子内能传递和弛豫过程的光声和荧光光谱探测

将荧光光谱和光声光谱两种互补的探测技术结合起来,从辐射和无辐射跃迁两个方面,分析了 532nm激光作用下,NO2分子的激发和弛豫过程.发现NO2分子在激光作用下,将跃迁至第一激发电子态.当样品气压较低时,受激NO2分子除辐射荧光外,可通过快速的内能转移过程实现在几个振转能级的再布居;随样品气压的升高,分子间碰撞加剧,受激NO2分子通过分子间的碰撞,实现在多个振转能级的再布居.激光布居能级的荧光辐射效率随样品气压的升高逐渐降低,而长波区域的荧光辐射及光声信号强度逐渐增强,说明在高样品气压条件下,受激NO2分子的弛豫过程除辐射荧光外,还存在很强的碰撞弛豫过程,在碰撞弛豫过程中受激NO2分子将振动能转化为热运动的平动能,引起温度升高而产生很强的声信号.     

三维金字塔立体复合基底表面增强拉曼散射特性

表面增强拉曼散射(SERS)是一种广泛应用于化学反应检测、医学诊断和食品分析等领域的高灵敏度光谱技术.基底结构的构建对提高探针分子的SERS信号有非常重要的影响.本文利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包裹银纳米颗粒制备了一种三维金字塔立体复合SERS基底,实现了对罗丹明6G (R6G)分子的高灵敏度检测.通过调节银纳米颗粒在PMMA丙酮溶液中的分散密度,实现了光在金字塔谷内的有效振荡,既保证了三维结构高密度的"热点"效应,又避免了由于金属-分子相互作用引起的吸附探针分子变形导致的信号失真等问题.同时,有效防止了银纳米颗粒的氧化,为探针分子提供更大的电磁增强作用范围,使增强的拉曼信号产生稳定的输出.此研究结果不仅提供了一种高性能、可重复使用的SERS基底的有效策略,也会对未来设计改进三维结构的SERS基底有指导意义.     

活细胞中的化学物理-光学观测和控制细胞内信号转导（英文）

在活细胞拥挤的微环境中生物大分子之间存在着不间断的物理和化学相互作用.细胞功能直接取决于其内部的分子组成和分子间相互作用.不仅不同种细胞之间的化学和物理性质千差万别,同一细胞内的物理特性也会受环境影响不断产生动态变化.而这种动态变化的化物特性对于细胞适应环境的改变至关重要.通常环境的改变会引起细胞产生不同响应,比如改变其基因的转录和翻译.是否形成正确的细胞响应取决于细胞对外部环境信息的准确解读.而这种解读通常是通过细胞内信号转导途径来实现.一个化学或物理的信号会通过刺激一系列细胞内的生化反应将外部环境的信息准确地传递到细胞内部.由于信号传导过程经常需要穿跨各亚细胞空间的复杂路径,所以细胞内信号转导的实际功用就是一座连接外部环境与细胞内部的桥梁.了解信号分子在细胞微环境中的化物状态将有助于阐释细胞功能.当今实验和理论工具的发展已使得在活细胞这样的微环境中探索纷繁的分子化物性质成为可能.本文总结如何利用新兴的光学显微镜和光遗传技术去观测甚至控制生物信号在细胞内的传导过程.确信这些技术已经为精确控制生物体中分子的化学和物理性质提供了前所未有的机遇.希望本文可以为有兴趣研究生物和医学问题的化学物理研究人员抛砖引玉.     

激光光解NO2产物NO(X2∏)的REMPI离子谱的标识与研究

利用Nd:YAG激光器三倍频、输出波长为＝ 355 nm的激光光解NO2分子,可产生NO分子,将NO分子通过共振增强多光子电离(REMPI resonance enhanced multiphoto ionization)及飞行时间(TOF time of flight)质谱技术,获得振转态分辨的NO( X2∏,υ″J″)离子谱NOγ(0,0),γ(0,1),γ(1,1).通过理论计算 , 可将NO离子带的P、R、Q支线进行标识.NO分子的离子信号强度与UV电离激光能量(λ≈226 nm)之间关系能用二次方曲线很好拟合.它表明NO分子是通过(1+1)双光子吸收而电离.这些结果对NO分子的电离动力学提供了有益的信息.     

细胞色素bc_1复合物的共振拉曼光谱

对不同氧化还原状态的细胞色素 bc_1复合物的共振拉曼光谱进行了分析比较。对部分拉曼信号的变化进行了指认。细胞色素 c_1的还原引起1640cm~(_1)和1560cm~(_1)及1454cm~(_1)的明显变小,细胞色素 b 的还原引起1544cm~(_1)的下降。这些信号可以标志复合物中不同色素的氧化还原状态,对拉曼方法用于研究呼吸链酶系有重要参考价值。     

基于卟啉-⁃金属有机框架材料的光动力疗法研究进展EI北大核心CSCD

卟啉‐金属有机框架(MOFs)材料是由金属节点和卟啉有机配体构成的一类新型多孔材料,MOFs骨架上的卟啉配体在光激发下,可以发挥光动力学治疗(PDT)作用。这类多孔结构的PDT材料在疾病治疗中,可以发挥载药、多功能修饰等功能,某些金属位点独特的MOFs还具有纳米酶功能。近年来,这类卟啉‐MOFs已经成为PDT领域的重要研究方向。目前,在推向临床前,这类材料还需要解决氧气浓度、能量传递效率等问题,研究者也给出了诸多解决方案,根据实际应用过程中所面对的不同环境,采取不同手段来增强PDT的效果,包括提高氧气浓度、改进能量传递过程、消耗功能分子、产生信号分子以及协同策略等。本文综述了近年来的代表性工作,包括卟啉‐MOFs材料以及PDT产生的机制,卟啉‐MOFs材料PDT的应用和最新进展,并针对卟啉‐MOFs材料的PDT在生物医学领域未来发展趋势进行了展望。     

金属和非金属原子间协同效应调控气体小分子的吸附特性研究

采用基于密度泛函理论方法系统地研究了单个NO和CO小分子在非金属(B和N)与金属Ni原子共掺杂石墨烯(Bx-Ny-gra-Ni,x+y=0,1,2,3)表面的吸附特性,分析了吸附气体小分子的几何结构,吸附能,电荷转移量以及引起体系磁性变化等情况.研究结果表明：NO和CO倾向于吸附在Ni原子的顶位,B和N掺杂原子的数量和比例能够有效地调制小分子的吸附强度;与吸附的CO分子相比,Bx-Ny-gra-Ni表面吸附的NO分子能获得较多的电荷,进而表现出高的稳定性.此外,利用吸附的气体小分子与衬底间相互作用强度和灵敏性的差异、以及引起反应衬底的磁性变化将为设计石墨烯基气敏、催化和电子器件提供重要参考.     

Rh(111)表面NO分子对多层膜的原子结构

利用第一性原理研究了NO分子对[(NO)_2]分子链、分子单层膜,Rh(111)表面上的(NO)_2分子单层膜和多层膜的原子结构.(NO)_2分子单体在虚拟Rh(111)表面自组装成两个稳定的分子链,(NO)_2分子平行有序排列,氧原子和氮原子都呈现(100)和(111)结构.在虚拟Rh(111)-(1×3~(1/2))上,1.00 ML(molecular layer)覆盖度时,(NO)_2分子自组装成两个稳定的分子单层膜(M1和M2),分子膜M1中N-N键与衬底的夹角为70°-90°;分子膜M2中N-N键平行衬底.在M2/Rh(111)中,(NO)_2分子可吸附于顶位、fcc空心位和hcp空心位,通过电荷转移可解释两个空心位的稳定性强于顶位.Rh(111)表面(NO)_2分子多层膜系统中,(NO)_2分子垂直吸附于两个空心位,第一层是分子膜M2,N-N键平行于衬底,第二层及以上都是分子膜M1,N-N键与衬底夹角为70°-90°,分子膜真空层为0.31 nm±0.02 nm.     

激光光解NO2产物--NO分子(XIT)与氧原子O(PJ")的REMPI的离子谱研究

利用激光光解NO2分子,通过共振增强多光子电离(REMPI resonance enhanced multiphoto ionization)及飞行时间(TOF time of flight)质谱技术,获得了振转态分辨的NO(X2Π,υ″,J″)与自旋-轨道分辨的氧原子O(2P3PJ″＝2,1,0)离子谱.NO分子与O原子的离子信号强度与UV电离激光能量之间的关系分别能用二次方和三次方曲线很好拟合,它表明:光解产物NO分子和氧原子是分别通过(1+1)和(2+1)多光子吸收过程而被电离的.由氧离子信号得到的氧原子基态三个自旋-轨道支能级布居比f1与f0分别为0.54±0.09和 0.20±0.04,这一比值与统计分布计算的值为0.6和0.2一致.     

光谱法研究高铁肌红蛋白活性中心与一氧化氮的配位反应

蛋白质与配体作用的瞬时性对调节生物功能的正常发挥至关重要。采用紫外-可见吸收光谱法(UV-Vis)和圆二色光谱法(CD)研究了高铁肌红蛋白(metMyoglobin,metMb)与一氧化氮的配位反应过程,论证了metMb与NO配位反应机理以及影响配位反应的因素。结果表明：metMb能与NO发生配位反应,420,534和568 nm处特征峰的出现,表明metMb与NO结合并生成一种新的配合物——亚硝基高铁肌红蛋白(nitrosylmetmyoglobin,metMbNO)。随着时间的推移,溶液中NO浓度逐渐减小,metMbNO配合物中Fe—N配位键在大量H₂O分子的进攻下断裂,NO慢慢地脱离,metMbNO配合物完成解离过程并重新生成metMb。实验中还发现metMb与NO配位反应的进行受到缓冲介质类型、离子强度、pH及温度等外界因素的影响。并且在0.01 mol·L-1磷酸盐缓冲液近中性条件时,metMb与NO配位反应最先达到平衡;当温度较低为280 K时,更易于metMb与NO配位反应的进行。此外,CD数据表明NO只与metMb血红素中心的铁原子发生配位反应而对蛋白二级结构影响甚微。探讨metMb与NO配位反应机制对于进一步研究生物体内NO功能的发挥有着重要的指导意义。     

激光光解NO_2产物—NO分子NO(X~2П)与氧原子O(~3PJ″)的REMPI离子谱研究

利用激光光解NO2 分子 ,通过共振增强多光子电离 (REMPIresonanceenhancedmultiphotoionization)及飞行时间 (TOFtimeofflight)质谱技术 ,获得了振转态分辨的NO(X2 Π ,υ″,J″)与自旋 轨道分辨的氧原子O(2P3PJ″ =2 ,1,0 )离子谱 NO分子与O原子的离子信号强度与UV电离激光能量之间的关系分别能用二次方和三次方曲线很好拟合 ,它表明 :光解产物NO分子和氧原子是分别通过 (1+1)和 (2 +1)多光子吸收过程而被电离的 由氧离子信号得到的氧原子基态三个自旋 轨道支能级布居比f1与f0 分别为 0 .5 4± 0 .0 9和 0 .2 0± 0 .0 4 ,这一比值与统计分布计算的值为 0 .6和 0 .2一致     

细胞氧化应激过程中几种关键分子的SERS检测方法

细胞的氧化过程与癌症、心血管疾病、神经退行性疾病、糖尿病等多种疾病的发展密切有关。针对氧化反应发生,细胞产生应激反应。这一系列刺激响应过程中会产生一些关键性分子,例如活性氧簇分子(ROS)等。对这些关键分子的分析检测不仅可以有助于理解这些分子在过程中扮演的重要角色,更是对疾病的发生和发展规律有深入的理解。本文重点汇总了分析和检测细胞内氧化应激关键分子所采用的表面增强拉曼光谱(SERS)技术,从SERS方法的设计策略出发,对现有方法归类总结,枚举了多项中国同行的研究工作,并展望了其未来发展方向。     

光谱分析、光谱测量

O433.4 2004064049 NO分子420～495nm波长范围的共振多光子离化谱=Resonance multi-photon ionization spectrum of NO in 420～495 nm wavelength region[刊,中]/张贵银(河北大学物理科学与技术学院.河北,保定(071002)),张连水…∥光电子·激光.—2004,15(4).—492-494 以皮秒Nd:YAG激光器泵浦光学参量发生/放大器(OPG/OPA)做激光源.得到了NO分子在420～495nm波长内的共振增强多光子离化(REMPI)谱,离化信号随     

超声空化增强川芎嗪对脑缺血再灌注损伤保护作用机制的研究

川芎的生物活性成分(川芎嗪)已广泛应用于治疗心脑血管疾病。基于谷氨酸诱导PC12细胞损伤建立脑缺血再灌注损伤的细胞模型,探讨超声增强川芎嗪对谷氨酸损伤PC12细胞的保护作用机制。研究结果表明,超声能进一步加强川芎嗪对细胞的保护,其主要作用机制为:(1)抑制氧化应激和细胞凋亡相关的Bcl-2蛋白和Bax蛋白的变化从而达到抗凋亡的效果;(2)降低炎症因子(TNF-α和IL-8)的表达,减轻炎症反应损伤;(3)适当的声压可以增强川芎嗪对谷氨酸损伤PC12细胞的保护作用,但过高的声压会引起细胞损伤,导致细胞凋亡。本文的工作表明超声能够增强川芎嗪对脑缺血再灌注损伤的保护作用,为临床脑缺血再灌注损伤的治疗提供了新治疗策略。      

小分子吸附调控Ti掺杂石墨烯电子结构和磁性的密度泛函理论研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了气体分子CO、NO、NO_2和SO_2吸附对Ti掺杂石墨烯(Ti G)电子结构和磁性的调制.研究表明:Ti G对CO、NO、NO_2和SO_2分子的吸附作用较强,各分子与Ti原子键合并形成Ti-X键(X代表C、O、N原子);各分子的吸附可导致Gas@Ti G体系电磁性质明显改变:CO分子吸附基底后,虽未能引起CO@Ti G体系电子性质改变和磁性的产生,却能够有效调控该体系的带隙宽度;不同于CO分子,NO、NO_2和SO_2分子的吸附使得半导体性的Ti G基底转变为金属特性,但各体系磁性表征不同:NO@Ti G发生完全自旋极化,即NO分子与基底上均有自旋分布,且二者的自旋方向相同;顺磁性的NO_2分子吸附于Ti G基底时磁性消失;SO_2分子吸附于Ti G基底后自身产生磁性,但基底几乎未发生自旋极化,SO_2@Ti G呈现自旋极化的局域分布特征.由此,依据分子吸附后体系电磁性质特征的不同,可辨识被测气体分子.此项研究结果为高灵敏度和高选择性的石墨烯基气体传感器的设计提供理论参考.