1. ЭНДОГЕННЫЙ МОНООКСИД. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Оксид азота (NO) – при нормальных условиях бесцветный газ, плохо растворимый в воде, однако хорошо растворимый в органических средах. Из-за наличия в его электронной структуре неспаренного электрона он относится к разряду радикалов (нитроксил-анион). В данном состоянии неустойчив.
Из-за крайне высокой реакционной способности окиси азота, организму необходимо ее синтезировать и впоследствии хранить в нужных количествах на определенных этапах метаболизма.
2. ОТКРЫТИЕ
История изучения биологических свойств окиси азота отсчитывается с середины 20 века и продолжается по сей день. В этот продолжительный период было сделано много важных открытий в изучении механизмов различных жизненно важных процессов человеческого организма, которые протекают с непосредственным участием NO:
• 1955 г. – Роберт Форчготт обнаруживает расслабляющее действие света на аорту кролика;
• 1965 г. – А.Ф. Ванин публикует в журнале «Биофизика» статью «Свободные радикалы нового типа в дрожжевых клетках»;
• 1970-е гг. – Ферид Мьюрэд экспериментально подтверждает влияние NO на активацию гуанилатциклазы;
• 1980 – 1991 гг. – Р. Форшготт и параллельно с ним Луис Игнарро публикуют серию статей про EDRF (Endothelium-Derived Relaxing Factor);
• 1998 г. – Р. Форчготт, Ф. Мьюрэд и Л. Игнарро становятся лауреатами Нобелевской премии по физиологии или медицине за открытие роли оксида азота как сигнальной молекулы в сердечно-сосудистой системе.
3. СИНТЕЗ В ОРГАНИЗМЕ
Для синтеза эндогенного оксида азота в каждой клетке нашего организма предусмотрен ген, в результате активации которого происходит выработка фермента NO–синтазы. Данный фермент катализирует реакцию превращения аминокислоты L–аргинин в цитруллин с выделением молекулы NO.
Синтезом метастабильного свободного радикала монооксида азота NO «занимается» фермент синтаза оксида азота (NOS).
Эндотелиальная синтаза оксида азота синтезирует оксид азота (II) из терминального гуанидинового азота L-аргинина, при этом в качестве побочного продукта реакции образуется L-цитруллин. Образование оксида азота (II) эндотелиальной синтазой оксида азота требует участия тетрагидробиоптерина, НАДФ, кальция и кальмодулина, и ряда других кофакторов.
Синтаза оксида азота окисляет гуанидиновую группу L-аргинина в ходе процесса, который приводит к расходованию пяти электронов и образованию оксида азота (II) и эквимолярных количеств L-цитруллина. Этот процесс включает окисление НАДФ-H+ и восстановление молекулярного кислорода. Это превращение происходит в каталитическом сайте фермента, расположенном вблизи специфического участка связывания L-аргинина.
4. ЕГО РАЗЛИЧНОЕ ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
1. Цитотоксическая, бактерицидная, антипротозойная и противогрибковая активность.
Макрофаги и другие клетки иммунной системы организма производят большие количества оксида азота II, которые убивают вторгающихся в организм патогенных микроорганизмов.
Как это происходит? Реакция с супероксидом или с пероксидом водорода приводит к образованию высокотоксичного сильного окислителя пероксинитрита, генерации свободных радикалов, окислительное нитрозилирование металлосодержащих белков (в частности ферментов), особенно железосодержащих или гемосодержащих, S-нитрозилирование остатков серосодержащих аминокислот в различных белках, образование нитрозотиолов и нитрозаминов и как следствие всего этого - повреждение белков и ДНК.
2. Регулятор и медиатор во множестве процессов в нервной, иммунной и сердечно-сосудистой системах.
Как нейромедиатор, оксид азота II участвует в передаче сигнала между нейронами. Так как эта молекула достаточно маленькая, незаряженная, легко растворяющаяся в воде, липидах, то она не нуждается в специализированных трансмембранных рецепторах, так как легко диффундирует и проникает в клетки через биологические мембраны, перенося информацию в обе стороны. Также, благодаря своей высокой растворимости и проницаемости может переносить информацию между целыми группами близко расположенных нервных клеток одновременно.
Является важным неадренергическим и нехолинергическим медиатором в органах ЖКТ, органах дыхания и других гладкомышечных органах.
Вызывает бронходилатацию, снимает спазм бронхов и способствует улучшению газообмена при физической нагрузке, гипоксии и в других ситуациях, когда требуется повышенное потребление кислорода. Он также оказывает спазмолитическое действие на гладкие мышцы желудочно-кишечного тракта (способствует их расслаблению).
Сильное спазмолитическое действие оксида азота (II) на гладкие мышцы внутренних органов (а не только кровеносных сосудов) является причиной нередкой эффективности нитратов типа нитроглицерина и нитросорбида не только при стенокардии, но и при почечной, печеночной, кишечной колике, приступах бронхиальной астмы, повышенном тонусе матки и угрозе выкидыша или преждевременных родов.
5. КАК ПРОИСХОДИТ ЭТОТ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ СИГНАЛЬНЫЙ КАСКАД?
Сигнальный каскад оксид азота (II) — гуанилатциклаза — цГМФ— протеинкиназа G — обмен кальция и калия в клетке.
Теперь подробнее.
Оксид азота (II) проникает сквозь клеточные мембраны гладкомышечных клеток кровеносных сосудов и взаимодействует с простетической группой гема растворимой гуанилатциклазы, нитрозилируя её, что приводит к разрыву связи железа гема с проксимальным валином и изменению конфигурации фермента. Далее это приводит к его активации. Активация гуанилатциклазы в свою очередь приводит к повышению образования в клетке вторичного посредника — циклического ГМФ (цГМФ) из ГТФ (гуанозинтрифосфата). Накопление в клетке цГМФ вызывает активацию цГМФ-зависимую протеинкиназу G и ряд других цГМФ-зависимых белков и ферментов. Протеинкиназа G, в свою очередь, фосфорилирует ряд важных внутриклеточных белков, которые регулируют концентрацию внутриклеточного кальция и активность калиевых каналов, что ведет к усилению обратного захвата кальция из цитоплазмы во внутриклеточные хранилища в митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме, снижению уровня кальция цитоплазмы и чувствительности клетки к кальциевым сигналам и к открытию кальций-зависимых калиевых ионных каналов и входу ионов калия в клетку. А входящий ток ионов калия приводит к гиперполяризации клетки и снижению её биоэлектрической активности. Снижение концентрации внутриклеточного кальция приводит к деактивации кальций-зависимых киназ актина и миозина, вследствие чего миозин не может сократиться, а актиновые микрофиламенты не могут реорганизоваться.
Конечным результатом действия является расслабление гладкомышечных клеток, вазодилатация и усиление кровотока, ликвидация тканевой гипоксии, снижение повышенного артериального давления.
6. РУБРИКА «ВОПРОС-ОТВЕТ»:
К ЧЕМУ МОЖЕТ ПРИВЕСТИ ПОВЫШЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ СВОБОДНОГО NO?
Повышение образования оксида азота II в организме в результате иммунных реакций, воспаления или инфекции может иметь вредные последствия. Тяжёлый молниеносный сепсис, тяжёлая пневмония или другая подобная тяжёлая инфекция приводят к очень сильному повышению образования оксида азота (II), что ведет к чрезмерной вазодилатации и резкому падению артериального давления, то есть к развитию гипотензии и коллапсу, инфекционно-токсическому шоку и ухудшению кровоснабжения жизненно важных органов с возможным последующим развитием полиорганной недостаточности. А чрезмерно повышенная продукция NO повреждает не только патогенные микроорганизмы, но и клетки организма хозяина, что может приводить к чрезмерной интенсивности воспаления или к чрезмерному расширению зоны некроза при гнойных процессах.
К ЧЕМУ МОЖЕТ ПРИВЕСТИ НАРУШЕНИЕ ОБМЕНА NO?
Помимо опосредования оксидом азота нормальных физиологических функций, нарушения обмена оксида азота (II) играют роль в патогенезе столь различных патологических состояний, как сепсис и септический шок, АГ, ИБС, острое нарушение мозгового кровообращения, СН, сахарный диабет, нейродегенеративные заболевания.
КАКОВА РОЛЬ NO ПРИ ДИАБЕТЕ?
У больных с сахарным диабетом пониженное содержание эндогенного оксида азота (II), что является одной из причин повреждения и воспаления эндотелия сосудов. Как следствие – это диабетическая нефропатия, диабетическая ретинопатия, диабетическая стопа, полинейропатия, диабетическая кардиомиопатия, незаживающие трофические язвы.
ПОЧЕМУ АЭРОБНЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ УСТОЙЧИВЫ К НИТРОИМИДАЗОЛАМ?
Аэробные микроорганизмы природно устойчивы к нитроимидазолам, потому что в них NO в процессе метаболизма нитроимидазолов не образуется, а также потому, что образовавшийся в бактериальной клетке или поступивший извне в результате активности иммунных клеток NO быстро окисляется до относительно безвредных нитратов.