一氧化氮

来源:www.uuuwell.com

   

氧化合物,化學式NO,分子量30,氮的化合價為+2。無色無味氣體,難溶於水。由於氧化氮帶有自由基,這使它的化學性質非常活潑。當它與氧氣反應后,可形成具有腐蝕性的氣體——二氧化氮(NO2),二氧化碳可使一氧化氮和氧氣的反應鈍化 方程式:2NO+O2==2NO2

一氧化氮的作用

  一氧化氮起著信使分子的作用。當內皮要向肌肉發出放鬆指令以促進血液流通時,它就會產生一些一氧化氮分子,這些分子很小,能很容易地穿過細胞膜。血管周圍的平滑肌細胞接收信號后舒張,使血管擴張。   一氧化氮也能在神經系統的細胞中發揮作用。它對周圍神經末梢所起的作用。大腦通過周圍神經發出信息,向XX部的血管提供相應的一氧化氮,引起血管的擴張,增加血流量,從而增強XX功能。在一些情況下,XX無力是由於神經末梢產生的一氧化氮較少所致。「偉哥」能擴大一氧化氮的效能,從而增強XX功能。   免疫系統產生的一氧化氮分子,不僅能抗擊侵入人體生物,而且還能夠在一定程度上阻止癌細胞的繁殖,阻止腫瘤細胞擴散。   一氧化氮是氮的化合物,化學式NO,分子量30,氮的化合價為+2。由於一氧化氮帶有自由基,這使它個化學性質非常活潑。具有順磁性。當它與氧反應后,可形成具有腐蝕性的氣體——二氧化氮(NO2)。一氧化氮在標準狀況下為無色氣體,液態、固態呈藍色

一氧化氮作用機理

  一氧化氮改善心腦血管的作用機理

一氧化氮的合成

  一氧化氮的產生大致分為2種,一種是酶生性一氧化氮,一種是非酶生性一氧化氮。   非酶生性通過供體生成硝酸甘油、硝普納等臨床藥物產生。酶生性必須有酶的參與,同時也要有前體物質的。這種酶稱為一氧化氮合酶(NOS),人體內有3種此類酶,分為內皮型一氧化氮合酶,分佈于血管內皮細胞;神經型一氧化氮合酶,分佈於人體神經元細胞當中;最後一種叫誘導型一氧化氮合酶,分佈於人體免疫細胞當中如淋巴T細胞當中。   其中以海洋生物為主要原料提取出來的酶一種內皮一氧化氮合酶 學術名稱:「一氧化氮海洋合酶」 (NOSS),這種酶的活性更高,可以在增強體內一氧化氮循環機製作用,源源不斷的產品一氧化氮。但是這種酶很少見,必須是由海洋生物尖海龍牡蠣、魚精蛋白等海洋珍貴物種才能提取產生出來。酶生性一氧化氮的合成公式是 L-精氨酸 + NOS + O2 = NO + L-瓜氨酸, 瓜氨酸又可以通過一些列的化學反應生成精氨酸。具體可以看下圖分析

一氧化氮合成機制

[1]

精氨酸轉化機制

在血管內皮細胞里產生的一氧化氮氣體,由於它是脂溶性的,所以很快滲透出細胞膜向下擴散XX平滑肌細胞,從而作用於平滑肌細胞,使其鬆弛,擴張血管,最終導致血壓的下降!同時也會很快滲透出細胞膜向上擴散XX血液,XX血小板細胞,使血小板活性降低,抑制凝集和向血管內皮的粘附,從而防止血栓的形成,防止動脈粥樣硬化的發生。從生化角度來講,一氧化氮是一自由基氣體,攜帶一個未配對電子,在體內極不穩定,這一特性恰好和其它遊離自由基一樣。這樣兩者就非常容易結合產生反應。從而使體內自由基數量大大減少。由於一氧化氮本身的合成需要一氧化氮合酶(NOS)的參與,但是正常情況下NOS的活性很低,需要硝基類藥物或者皂甙類活性物質的激活。因此一氧化氮最佳的產生效果是和人蔘皂甙類物質一起協同作用

一氧化氮與核酸的研究

  20世紀80年代,世界生命科學領域建立了「傳遞生命信息3個信使」的學說,即生命體的各種活動都是在3個信使體系的控制和調節下進行的。   我們都知道蛋白質與核酸等生物大分子是生命的主要體現者,但不是生命本身。生命的本質是這些生物大分子之間,以及它們之間複雜而有序的相互聯繫和相互作用,這是信息傳遞研究的基本任務。   生命信息傳遞的真諦,就是細胞間通訊的細胞外第一信使以及外界環境因子作用與細胞表面或胞內受體后,通過跨膜傳遞形成胞內第二信使的級聯傳遞,以及其後的核內第三信使誘導基因表達和引起生理反應的過程。生命信息傳遞在應答環境刺激和調節基因表達生理反應的同時,不僅維持著細胞正常代謝,而且最終決定細胞增殖生長分化衰老和死亡等生命的基本現象

  傳遞生命信息3個信使   第一信使是指各種細胞外信息分子,又稱細胞間信號分子即細胞因子,諸如內分泌激素攝護腺素氣體信號分子(NO)以及免疫細胞產生的免疫細胞因子。這些生物活性分子由體內各種不同的細胞產生后,能夠通過血液、淋巴液、各種體液等不同途徑,作用到細胞膜表面,引起細胞內的特定反映。   第二信使是指細胞外第一信使與其特異受體結合后,通過信息跨膜傳遞機制激活的受體,刺激細胞膜內特定的效應酶或離子道,而在胞漿內產生的信使物質。這種胞內信息分子起到將胞外信息傳導、放大、變為細胞內可以識別的信息作用。   第三信使又稱DNA結合蛋白,是指負責細胞核內核外信息傳遞的物質,能調節基因的轉錄水平,發揮轉錄因子的作用。這些蛋白質是在細胞胞質內合成後XX細胞核內,發揮信使作用,因而稱這類核蛋白為「核內第三信使」。   所以核酸是細胞內的具有遺傳功能的物質,NO屬於細胞間的通訊物質,沒有NO,再多的細胞無法協同工作,相互發揮作用,生命信息傳遞不出去毫無意義,只有兩者有機結合起來才能共同承擔人體新陳代謝的任務。   化學品名稱   化學品中文名稱: 一氧化氮   化學品英文名稱: nitrogen monoxide   中文名稱2: 氧化氮   英文名稱2: nitric oxide   技術說明書編碼: 92   CAS No.: 10102-43-9   EINECS號: 233-271-0 [2]分子式: NO   分子量: 30.01   分子鍵長:115.08pm   鍵解離能:941.69kJ/mol   磁性:順磁性

成分/組成信息

  有害物成分 CAS No.   一氧化氮 10102-43-9

一氧化氮

  危險性概述   危險性類別:   侵入途徑:   健康危害: 本品不穩定,在空氣中很快轉變為二氧化氮產生刺激作用。氮氧化物主要損害呼吸道。吸入初期僅有輕微的眼及呼吸道刺激癥狀,如咽部不適乾咳等。常經數小時至十幾小時或更長時間潛伏期后發生遲發性肺水腫成人呼吸窘迫綜合征,出現胸悶、呼吸窘迫、咳嗽、咯泡沫痰、紫紺等。可併發氣胸縱隔氣腫。肺水腫消退後兩周左右可出現遲發性阻塞性細支氣管炎。一氧化氮濃度高可致高鐵血紅蛋白血症。慢性影響:主要表現為神經衰弱綜合征及慢性呼吸道炎症。個別病例出現肺纖維化。可引起牙齒酸蝕症。   環境危害: 對環境有危害,對水體、土壤和大氣可造成污染。   燃爆危險: 本品助燃,有毒,具刺激性。

急救措施

  皮膚接觸:無明顯反應   眼睛接觸:刺激眼睛   吸入: 迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進行人工呼吸。就醫。

消防措施

  危險特性: 具有強氧化性。與易燃物、有機物接觸易著火燃燒。遇到氫氣爆炸性化合。接觸空氣會散發出棕色有酸性氧化性的棕黃色霧。一氧化氮較不活潑,但在空氣中易被氧化成二氧化氮,而後者有強烈腐蝕性和毒性。   有害燃燒產物: 氧化氮。   滅火方法: 消防人員必須穿全身防火防毒服,在上風向滅火。切斷氣源。噴水冷卻容器,可能的話將容器從火場移至空曠處。滅火劑:霧狀水。

泄漏應急處理

  應急處理: 迅速撤離泄漏污染區人員至上風處,並立即隔離150m,嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防毒服。盡可能切斷泄漏源。合理通風,加速擴散。噴霧狀水稀釋、溶解。構築圍堤或挖坑收容產生的大量廢水。漏氣容器要妥善處理,修復檢驗后再用。

操作處置與儲存

操作注意事項:

  嚴加密閉,提供充分的局部排風和全面通風。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防毒面具(半面罩),戴化學安全防護眼鏡,穿透氣型防毒服,戴防化學品手套。遠離火種、熱源,工作場所嚴禁吸煙。遠離易燃、可燃物。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與鹵素接觸。搬運時輕裝輕卸,防止鋼瓶及附件破損。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。

儲存注意事項:

  儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。應與易(可)燃物、鹵素、食用化學品分開存放,切忌混儲。儲區應備有泄漏應急處理設備。

接觸控制/個體防護

  職業接觸限值   中國MAC(mg/m3): 5[NO2]   前蘇聯MAC(mg/m3): 5   TLVTN: ACGIH 25ppm,31mg/m3   TLVWN: 未制定標準   監測方法: 鹽酸乙二胺比色法   工程式控制制: 嚴加密閉,提供充分的局部排風和全面通風。提供安全淋浴和洗眼設備。   呼吸系統防護: 空氣中濃度超標時,佩戴自吸過濾式防毒面具(半面罩)。緊急事態搶救或撤離時,建議佩戴空氣呼吸器。   眼睛防護: 戴化學安全防護眼鏡。   身體防護: 穿透氣型防毒服。   手防護: 戴防化學品手套。   其他防護: 工作現場禁止吸煙、進食和飲水。保持良好的衛生習慣。

理化特性

  主要成分: 純品   外觀與性狀: 無色氣體。   pH:   熔點(℃): -163.6   沸點(℃): -151   相對密度(水=1): 1.27(-151℃)   溶解性: 難溶於水。   主要用途: 制硝酸、人造絲漂白劑丙烯二甲醚的安定劑。   其它理化性質:   一氧化氮是無色氣體,工業製備他是在鉑網催化劑上用空氣將氨氧化的方法;實驗室中則用金屬銅與稀硝酸反應。   NO在水中的溶解度較小,而且不與水發生反應。常溫下NO很容易氧化為二氧化氮,也能與鹵素反應生成鹵化亞硝酰(NOX)如2NO+Cl2=2NOCl   根據NO的分子結構可見,他有未成對的電子,兩個原子共有11個價電子,也就是個奇分子,大多數奇分子都有顏色,然而NO僅在液態或固態時才呈藍色。NO分子在固態時會締合成鬆弛的雙聚分子(NO)2,這也是他具有單電子的必然結果。 這裡需要特別說明的是,NO可以被過氧化鈉吸收[3]   Na2O2+2NO=2NaNO2   所以所有中學習題中關於含NO氣體通過過氧化鈉(而NO不被吸收)的內容都是錯誤的,是不負責任的出題者胡亂編造的

穩定性和反應活性

  穩定性:較穩定   禁配物: 易燃或可燃物、鋁、鹵素、空氣、氧。   避免接觸的條件: 受熱。   聚合危害:與氧氣聚合形成腐蝕性二氧化氮   分解產物:氮氣,氧氣,還有少量一氧化二氮

毒理學資料

  急性毒性: LD50:無資料   LC50:1068mg/m3,4小時(大鼠吸入)   亞急性和慢性毒性:   刺激性:中   致敏性:較高   致突變性:輕微   致畸性:輕微   致癌性:無

生態學資料

  生態毒理毒性:   生物降解性:   非生物降解性:   生物富集或生物積累性:不明顯   其它有害作用: 該物質對環境有危害,應特別注意對地表水、土壤、大氣和飲用水的污染。

廢棄處置

  廢棄處置方法: 根據國家和地方有關法規的要求處置。或與廠商或製造商聯繫,確定處置方法。

運輸信息

  運輸注意事項: 鐵路運輸時須報鐵路局進行試運,試運期為兩年。試運結束后,寫出試運報告,報鐵道部正式公布運輸條件。採用剛瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放,並應將瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超過車輛的防護欄板,並用三角木墊卡牢,防止滾動。嚴禁與易燃物或可燃物、鹵素、食用化學品等混裝混運。夏季應早晚運輸,防止日光曝曬。公路運輸時要按規定路線行駛,禁止在居民區和人口稠密區停留。鐵路運輸時要禁止溜放。

法規信息

  法規信息 化學危險物品安全管理條例(1987年2月17日國務院發布),化學危險物品安全管理條例實施細則 (化勞發[1992] 677號),工作場所安全使用化學品規定 ([1996]勞部發423號)等法規,針對化學危險品的安全使用、生產、儲存、運輸、裝卸等方面均作了相應規定;常用危險化學品的分類及標誌 (GB 13690-92)將該物質划為第2.3 類有毒氣體;劇毒物品分級、分類與品名編號(GA 57-93)中,該物質的液化或壓縮品被划為第一類 A級無機劇毒品

一氧化氮與人體功能

  近來發現一氧化氮(nitric oxide,NO)廣泛分佈于生物體內各組織中,特別是神經組織中。它是一種新型生物信使分子,1992年被美國Science雜誌評選為明星分子。NO是一種極不穩定的生物自由基,分子小,結構簡單,常溫下為氣體,微溶於水,具有脂溶性,可快速透過生物膜擴散,生物半衰期只有3-5s,其生成依賴於一氧化化氮合成酶(nitric oxide synthase , NOS )並在心、腦血管調節、神經、免疫調節等方面有著十分重要的生物學作用。因此,受到人們的普遍重視。

1. NO生物活性的發現

  醫學知識告訴我們,有兩種重要的物質作用於血管平滑肌,它們分別是去甲腎上腺素乙酰膽鹼。去甲腎上腺素通過作用於血管平滑肌細胞受體而使其收縮。對於乙酰膽鹼是如何作用於血管平滑肌使之舒張,其途徑尚不清楚,醫學界一起在致力於研究。   1980年,美國科學家Furchaout 在一項研究中發現了一種小分子物質,具有使血管平滑肌鬆弛的作用,後來被命名為血管內皮細胞舒張因子(endothelium-derived relaxing factor, EDRF)是一種不穩定的生物自由基。EDRF被確認為是NO。眾所周知,硝酸甘油治療心膠痛的藥物,多年來人們一直希望從分子水平上弄清楚其治療機理。近年的研究發現,硝酸甘油和其它有機硝酸鹽本身並無活性,它們在體內首先被轉化為NO,是NO刺激血管平滑肌內cGMP形成而使血管擴張,這種作用恰好同EDRF具有相似性。1987年,Moncada等在觀察EDRF對血管平滑肌舒張作用的同時,用化學方法測定了內皮細胞釋放的物質為NO,並據其含量,解釋了其對血管平滑肌舒張的程度。1988年,Polmer等人證明,L-精氨酸(L-argi-nine , L-Arg)是血管內皮細胞合成NO的前體,從而確立了哺乳動物體內可以合成NO的概念。

2. NO的生物學作用

  (1)在心血管系統中的作用   NO在維持血管張力的恆定和調節血壓的穩定性中起著重要作用。   在生理狀態下,當血管受到血流衝擊、灌注壓突然升高時,NO作為平衡使者維持其器官血流量相對穩定,使血管具有自身調節作用。能夠降低全身平均動脈血壓,控制全身各種血管床的靜息張力,增加局部血流,是血壓的主要調節因子。   NO在心血管系統中發揮作用的可能機制是通過提高細胞中鳥苷酸環化酶(guanylate cyclase , GC)的活性,促進磷酸鳥苷環化產生環一磷酸鳥苷(guanosine 3′, 5′–cyclic monophosphate cGMP),使細胞內cGMP水平增高,繼而激活依賴cGMP的蛋白激酶心肌肌鈣蛋白Ⅰ的磷酸化作用加強,肌鈣蛋白c對Ca2+的親合性下降,肌細胞膜上K+通道活性也下降,cGMP的蛋白激酶增強,從而導致血管舒張。   (2)在免疫系統中的作用   研究結果表明,NO可以產生於人體內多種細胞。如當體內內毒素或T細胞激活巨噬細胞和多形核白細胞時,能產生大量的誘導型NOS和超氧化物陰離子自由基(),從而合成大量的NO和H2O2,這在殺傷入侵的細菌真菌等微生物和腫瘤細胞、有機異物及在炎症損傷方面起著十分重要的作用。   目前認為,經激活的巨噬細胞釋放的NO可以通過抑制靶細胞線粒體三羧酸循環、電子傳遞和細胞DNA合成等途徑,發揮殺傷靶細胞的效應。   免疫反應所產生的NO對鄰近組織和能夠產生NOS 的細胞也有毒性作用。某些與免疫系統有關的局部或系統組織損傷,血管和淋巴管的異常擴張及通透性等,可能都與NO在局部的含量有著密切的關係。   (3)在神經系統中的作用   有關L-Arg → NO途徑在中樞神經系統(CNS)方面的研究認為,NO通過擴散,作用於相鄰的周圍神經元如突出前神經末梢和星狀膠質細胞,再激活GC從而提高水平cGMP水平而產生生理效應。如NO可誘導與學習、記憶有關的長時程增強效應(Long-term potentiation , LTP),並在其LTP中起逆信使作用。   連續刺激小腦的上行纖維和平行纖維可引起平行纖維細胞的神經傳導產生長時程抑制(Long-term depression , LTD),被認為是小腦運動學習體系中的一種機制,NO參與了該機制。   在外周神經系統存在L-Arg → NO途徑。NO被認為是非膽鹼能、非腎上腺素能神經遞質或介質,參與痛覺傳入與感覺傳遞過程。   另據報道,NO在胃腸神經介導胃腸平滑肌鬆弛中起著重要的中介作用,在胃腸間神經叢中,NOS和血管活性腸肽共存並能引起非腎上腺素能非膽鹼能(nonadrenergic-non-cholinerrgic , NANC)舒張,但血管活性腸肽的抗體只能部分消除NANC的舒張,其餘的舒張反應則能被N-甲基精氨酸消除。   (4)在泌尿及XX系統中的作用   一氧化氮作為NANC 神經元遞質,在泌尿XX系統中起著重要作用,成為排尿節制等生理功能的調節物質,這為藥物治療泌尿XX系統疾病提供了理論依據。   現已證明在人體內廣泛存在著以NO為遞質的神經系統,它與腎上腺素能、膽鹼能神經和肽類神經一樣重要。若其功能異常就可能引起一系列疾病。

3.NO的化學行為

  NO在常溫下為氣體,具有脂溶性是使它在人體內成為信使分子的可能因素之一。它不需要任何中介機制就可快速擴散通過生物膜,將一個細胞產生的信息傳遞到它周圍的細胞中,主要影響因素是它的生物半壽期。具有多種生物功能的特點在於它是自由基,極易參與與傳遞電子反應,加入機體的氧化還原過程中。分子的配位性又使它與血紅素鐵和非血紅素鐵具有很高的親合力,以取代O2和CO2的位置。據研究報道,血紅蛋白-NO可以失去它附近的鹼基而變成自由的原血紅素-NO,這就意味著自由的鹼基可以自由地參與催化反應,自由的蛋白質可以自由地改變構象,自由的血紅素可以自由地從蛋白中擴散出去,這三種變化中的任何一個或它們的組合,將在鳥苷酸環化酶的活化過程中起重要作用。NO的生物學作用和其作用機制研究方興未艾,它的發現提示著無機分子在醫學領域中研究的前景。筆者相信還會有更多的無機分子在人體內被發現、被研究、被應用於促進人類健康的研究領域中。   一氧化氮是宇航員暈厥發作的元兇   一氧化氮的過量產生會使血管擴張,這樣就可以解釋為什麼宇航員在太空飛行之後會產生暈厥,以及可以解釋許多陸地上發生的類似現象。   這種太空中宇航員經歷微重力現象,很象太空中的宇航員或長期久卧在床的病人馬上要起來時的感覺,這時人們會產生過多的血管擴張劑--一氧化氮,從而導致血壓降低,流往頭部的血液減少,出現暈厥。   在對大鼠的試驗中,加州大學的研究人員發現,低重力環境下,大鼠產生一氧化氮的兩種酶增多,而且,給予大鼠藥物抑制其中一種酶時,它們的血壓升高,這給研究人員一個提示:抑制一氧化氮對宇航員和長期卧床患者的暈厥是一種有效的治療。這份研究報告發表在7月份出版的《實用生理學》雜誌上。   在我們正常的直立的生活中,重力使血液流往下肢,因此身體下部的血管收縮以確保有足夠的血液流往相反的方向。在低重力環境下,人全身的血壓一樣,當宇航員返回地球時,他們身體下部過度舒張的血管使頭部血壓急劇下降,於是在站立時,不可避免地要暈倒。   人們看到宇航員登陸后輕鬆地大步行走,是因為他們穿著加壓的衣服,能保持健康的血壓。但是,他們的衣服只能穿這麼久,而適應重力需要一段時間。   研究人員說:"長期卧床的患者其情況與宇航員相似,好像不受重力的影響。因此,在試圖站立時會暈倒。"

實驗室製法

一氧化氮  1.製備方法   [4]實驗室用銅與稀硝酸反應來制取一氧化氮。   2.化學方程式   3Cu + 8HNO3(稀) ==== 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O   3.收集方法   排水法。(由於一氧化氮易與空氣中氧氣發生反應,從而被氧化成二氧化氮,所以一氧化氮不可採用向上排空氣法收集,必須採用排水法來收集。)

推薦閱讀