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小分子细胞水
细胞之小水分子

★细胞里的“水”

细胞脱水就是人体衰老的过程。日本科学家Katayama在1992年发表了一篇用磁共振仪研究衰老与细胞内结构水的关系的论文。他发现,儿童期的人体细胞里充满着自由存在的生物水(free bio-water)。以水分子的比例来说,35岁前细胞膜内的水分子数大于细胞膜外的水分子数,那时细胞内的水压大,细胞的形状饱满,所以由分裂而产生的新细胞十分健康。40-50岁左右,由于越来越多的自由生物水的结构起变化,成为与别的化合物结在一起的束缚水。于是,细胞膜内的水分子数趋向等于或小于细胞膜外的水分子数。水合作用的缓慢使细胞的形状变得干瘪,使细胞得不到充分的营养,内部的废料及毒素无法排除出去。事实上,我们过了45岁以后就开始脱水,脸上开始出现皱纹;到65岁以后的皮肤、大脑,特别是骨头细胞内已经失去了许多自由水

水不仅是“水”

2001年11月7日报道了两名德国博士在南韩观测到一个奇异的水稀释效应。一般来说,物质被水稀释时,颗粒被扩散。但他们发现当物质被多次稀释到一定程度时,被稀释的颗粒却会违反热力学第二定律,逆向凝集“自组织”成足球状的富勒烯巴基球。而且,随着进一步的稀释,此巴基球会“生长”,甚至长大5-10倍。被测试的物质包括原来水不溶的巴基球状物质,也有有机物质,包括生命物质,例如DNA。此实验证明,在一定的稀释情况下,无序的分子,包括生命物质,可以与水作用,通过自组织,形成不同的有序的生命大分子富勒烯巴基球,构成无数的螺旋,无数的超微管(microtube),为细胞的形成,特别是细胞膜的形成提供了物质平台。所以细胞内水不仅是“水”,他和蛋白质、矿物元素一起,成为生命的主宰,并因其结构和功能扮演着十分重要的角色。

目前的实验手段通过蛋白质的晶体结构,可以得到其分子内及其外表面的结合水分子照片。

首先,内部的水分子成简单的簇结构或是与金属离子键合,通过与带电或是极化基团的接触,起到稳定蛋白质或是催化剂的作用。其次,表面的水分子在蛋白质极性基团之间及内部架起键桥。另一个现象,蛋白质主链上的-CO与水分子簇形成的氢键强度是-NH相应氢键的2~3倍。换言之,离开水,蛋白质结构坍塌,立即失活,就跟人判了死刑一样。

细胞内的水并不像细胞外的水,清者自清,浊者自浊。细胞内的水什么样呢?

以Crambin憎水蛋白为例,发现水分子成六环状和五环状,这些水分子团一侧与蛋白质的各个氨基酸相连,形成更大的水-蛋白环状结构,组成具有鲜活的蛋白质,另一侧延伸到水溶液中。

同时d(CpG)-普罗黄素中也发现了水分子呈如上所述有序排列,并与邻近的氧原子和氮原子发生氢键键合,形成一个多面体的开碗状团簇。这些五环水或六环水分子簇的作用远远超过一般意义上水与核酸或药物的作用。Nemethy和Scheraga发现:五环水或六环水层在α螺旋和β折叠的侧链中有着分离的作用,同时这些水分子也出现在活性基团邻位和侧链中。也就是说如果把细胞比喻成房子,六环水和五环水不仅是房子的砖和瓦,同时控制着门窗的开关

★水与细胞内的离子

实际我们常说的钙镁离子,并不是单独存在,他们是和水分子结合在一起的。离子周围的水化分子,不仅仅限于第一壳层,往往有几个壳层存在,并且外边的壳层不断的流动和坍塌,迅速形成微渗透梯度的活性水合离子。

可以肯定地说,由于水化过程中氢键的作用,水分子簇结构对离子性质产生了显著的影响。

★水与细胞内的生物大分子:

水分子簇由于氢键作用和极性化效应,必然与体内的生物大分子发生作用,进而形成影响新陈代谢。如一些糖类分子在水分子簇相应的氧原子位置发生替代,与准平面状的六元水氢键键合,形成大的网络结构,如青蟹肌纤维糖具有六个类似六元水的氧原子,形成以六元水为基元的多聚水分子团。

对于具有三维构型和活性的蛋白质水化是非常重要的。实际上活性蛋白质晶体具有非常好的构象弹性,这主要得益于构象中包含了宽泛的水化状态。与多糖类似,蛋白质的折叠机制主要依靠多聚水分子簇的形成。同时水作为一种润滑剂使得氢键更易变化,因此,水分子可以在碳酰基和不同的多肽间嫁接起键桥,是蛋白质分子运动的生物活性的必要保证。下图为蛋白质二级结构的十个水分子簇网络,它不仅决定着蛋白质的精细结构,同时还在优选特殊分子的振动形式,维系着蛋白质准确的折叠及结构是极其关键的。

此外在核酸的变换中也广泛存在类似上述的水分子团现象

★“水”的细胞通道:

水是如何进入细胞的?2003年诺贝尔化学奖者Peter Agre(比得阿格雷)发现细胞膜存在特殊的水合蛋白通道,简称水通道。研究发现,细胞膜是流动的,细胞膜上存在绿色通道,只有特定形状的进入细胞,才能被细胞吸收。细胞水通道对大小和形状有特殊要求,单个氢离子比单个水分子还小(如果单个水分子像个篮球,氢离子就像乒乓球),但是它不能通过水通道吸收。人体细胞膜的通孔是六环形的,体内形成的六环水,则可直接启动细胞膜上的通道开关,氢离子如果和它结合在一起,直接就蹦跳过去了,就像鲤鱼跳龙门一样,这就是生物科学上的量子隧道效应。好的水一定代谢比较快,六环水不用排队,细胞水通道直接进出。

如果是不合适的水分子团,细胞自身检测系统就需把水分子的角度调整,打破原有的结构,也就破坏了水分子原来带有的一部分坏的信息。人每天喝的水中水分子太多了,细胞自身检测系统压力很大,所以经常喝带有坏信息的水对水通道代谢有直接影响,很多疾病(比如先天性白内障和肾性尿崩症等)都与这些通道的功能紊乱有关。

细胞水通道研究获得2003年诺贝尔化学奖,全球水科学研究由此进入更深层次。2004年美国《科学》杂志把水结构研究列为全球科技进展排名第八位


水分子与结构、信息传递

  科学实验研究证明了水具有储存和转送药物信息到生命体中的能力。


科学上已有诸多发现:

①艾伯特.圣乔其 1937,诺贝尔医学奖:既然水的结构是生命之源,人们只要掌握了细胞系统中水的结构,便可改变世界。

②利诺斯·卡尔.鲍林,1954,诺贝尔化学奖:我们仍然很大程度上对液态水结构以及水溶液的结构不甚了解,特别不了解细胞内的水与平常的水和冰究竟有何不同。

③彼得.阿格雷,2003,诺贝尔化学奖:“发现细胞膜水通道”。其贡献评价如下:为生物化学、生理学和基因学关于细菌、植物和哺乳动物的水通道的一系列研究打开了一扇大门;这些发现在很多疾病研究方面都将发挥重要的作用,例如那些影响肾脏、心脏、肌肉和神经系统的疾病等等。

④中医的说法:“水者天地之包幕,五行之始焉,万物之所由生,元气之津液也”。

水结构重要并承载信息:

好水结构重要,而更重要的是水分子结构代表的承载的生命信息。

我国生物科学家贝时璋在1964年就指出:生物系统的新陈代谢,不仅包括物质代谢和能量代谢,还应包括信息代谢。

美国环境自然科学家修格博士指出:水是吸收、储存和传递自然界的能量和生物信息的媒介物质,并特别指出“经过有害物质污染的水,尽管通过各种物理、化学、生物等净化处理,将水中宏量与痕量有害物质去掉,但那些有害物质的负面信息仍将继续残留在水中”。

信息“水”知道:

日本江本胜博士,他搞了个“对水弹琴”的实验。我们常说的水是液态的,要想看清楚水的分子结构形态很难很难,好比去趟火星差不多难。他想了办法,对水说:我爱你,我恨你。然后把这种水瞬间冷冻,用高倍显微照相技术,照出照片。他发现了很有趣的现象,凡是愉悦的声音,比如音乐,比如说谢谢……,洗出来的照片上水的结构很规则,很漂亮。凡是噪音,或者恶毒的语言,比如“滚”……,洗出来的照片上水的结构乱七八糟,没有规则。这里的几张照片就是跟水说好话的结果。

这种特性也是水最神秘和珍贵的地方,所以诺贝尔医学奖获得者艾伯特.圣乔其指出,“ 既然水的结构是生命之源,人们只要掌握了细胞系统中水的结构,便可改变世界”。当然,真正认识了水就更了解了生命与健康。

根据国内外专家的研究结果,发现:水分子并不是一个一个存在的,水分子也不是静止不动的。真正的水分子,就像微型振荡器,在不停息的振荡中。就像下面这个图示。


水分子和水分子之间通过氢键链接起来,就像弹簧一样,不过这个弹簧不结实,一会断开,一会又自动接上,形成水分子团。如下图所示。

水分子这种不稳定的结构,学术上叫动态氢键振转隧道网,很容易受外界影响。比如说“我爱你”,这个声音实际是一种波,就像看电视要有电视信号,听收音机要有无线电波一样,波在科学上是有能量和形状的,这就是信息的具体表现。当我爱你这种“秋波”传到水中,水分子的这种结构就感受到了,他就像人造卫星一样,接到地面发出的指令,开始调整姿态,水的结构变化后,就相当于把“我爱你”这种信息和自己融合在一起。但是他没卫星听话,这种结构的稳定性保持很难,因为它在不停息自振荡中。有趣的是,一旦水分子接受了这种信息,调整了结构,它还有记忆作用,科学上叫结构自组织机制。简单地说,惯性地链接,就是在外界条件变化不大的情况下,水分子结构断了,还能自己重新接上。

在1998年国际著名期刊“自然”刊登了一篇由法国本佛列斯特(Benveniste)医学博士为首,由意大利,加拿大,以色列和法国13位科学界联名发表的论文。论文报告了将抗体(Anti-IgE)与水混合,在快速振动下被多次高度稀释,有效地诱发了人嗜碱性细胞的降解。这项研究指出,抗体被多次稀释,甚至低达每升溶液只有几个分子的水平,却仍然有效。这是完全不可用传统的量-效关系来解释。此研究提出了一个重要的假说,即水可能具有记忆药物生化信息的能力。

物理学1973年诺贝尔奖得主,剑桥大学教授约瑟夫森(Brian Josephson),旗帜鲜明地表示支持。他在“新科学家”杂志上提出结构化的水可能具有“分子记忆”的论点。

琼纳斯博士(W.Jonas)是美国国家卫生研究院(NIH)补充和替代医学中心的主任。他在其1996年出版的关于顺势疗法的著作中明确地指出,药物信息可能通过储存在某特定结构的水中,而起到治疗作用。

为了验证水具有记忆的论点,1999年由法国,英国,意大利,比利士,新西兰等五个国家的科学家联合进行了“全盲的”实验。实验在四个不同国家的实验室独立进行,而且由一个来自另一个国家不参加实验的统计学家来整理实验结果。四实验基本完全重复,即多次高度振动稀释的组胺水溶液可有效地抑制抗体诱发的人嗜碱性细胞的降解。

此研究证明这种实验是科学的。更重要的是,他证明了水具有储存和转送药物信息到生命体中的能力