Zhrnutie na Oxid dusnatý (NO): Syntéza a Úlohy

## Úvod Oxid dusnatý (NO) je malá plynná molekula s významnou úlohou v rôznych fyziologických procesoch — od regulácie vaskulárneho tonu cez neuromoduláciu až po mikrobiálne zabíjanie v imunitnom systéme. Tento materiál vysvetľuje syntézu NO, enzymy zapojené do tvorby, kofaktory, mechanizmy účinku a konkrétne fyziologické príklady. > Definícia: Oxid dusnatý (NO) je malý, difúzny, reaktívny radikál, ktorý funguje ako parakrinný a endokrinný mediátor v mnohých tkanivách. ## Základná biochemia syntézy NO ### Enzým NO-syntáza (NOS) - NOS katalyzuje premenu arginínu na NO a citrulín. - Existujú tri izoformy: **eNOS** (endotelová), **nNOS** (neurónová) a **iNOS** (induktívna, v imunitných bunkách). > Definícia: iNOS je inducibilná forma NO-syntázy, ktorá sa exprimuje pri aktivácii imunitných buniek a produkuje veľké množstvá NO. ### Kofaktory a požiadavky - NOS vyžaduje päť kofaktorov: **hem**, **NADPH**, **tetrahydrobiopterin (BH4)**, **FAD**, **FMN**, a tiež **kalmodulín** (pri e/nNOS závislosť na Ca^{2+}). $$\text{substrát: arginín} \xrightarrow{\text{NOS + BH4, NADPH, FAD, FMN, hem}} NO + citrulín$$ > Definícia: Tetrahydrobiopterin (BH4) je esenciálny kofaktor NOS, potrebný pre transfer elektrónov a zníženie produkcie superoxidu namiesto NO pri dysfunkcii NOS. ### Regulácia rôznych izoforiem - **eNOS, nNOS**: aktivované zvýšením intracelulárneho Ca^{2+} viazaním kalmodulínu; vytvárajú menšie, pulzné množstvá NO. - **iNOS**: regulovaná transkripciou; produkuje veľké, pretrvávajúce množstvá NO nezávislé od Ca^{2+}. ## NO v nervovom systéme (krátko) Pozor: detailná NO signalizácia je pokrytá inde a tu ju nebudeme rozoberať. Nižšie uvedené sú iba základné prepojenia so synaptickou plasticitou a PNS. ### NO ako retrográdny mediátor v CNS 1. Presynaptický neurón uvoľní **glutamát**. 2. Glutamát aktivuje postsynaptické receptory vrátane **NMDA**, ktorý je priepustný pre Ca^{2+} za predpokladu odstránenia Mg^{2+} blokády. 3. Vstup Ca^{2+} do postsynaptického neurónu aktivuje **nNOS** → tvorba NO. 4. NO difunduje retrográdne do presynaptického neurónu, zvyšuje tvorbu **cGMP** aktiváciou guanylátcyklázy a cez PKG zvyšuje uvoľňovanie glutamátu — mechanizmus participujúci na dlhotrvajúcej potenciácii (LTP) a učení. ### NO v periférnom nervovom systéme - V PNS sa NO uvoľňuje z neadrenergných/necholinergných neurónov (NANC) parasympatiku a podieľa sa napr. na mechanizme erekcie prostredníctvom lokálnej vazodilatácie. ## NO v imunitných bunkách ### Radikálové vlastnosti a oxidačné vzplanutie - NO je jednoväzbový radikál (obsahuje nespárovaný elektrón), čo zvyšuje jeho reaktivitu s biologickými molekulami. - Fagocyty (makrofágy, neutrofily) využívajú NO a iné reaktívne druhy na zabíjanie patogénov. ### Generovanie reaktívnych druhov - iNOS produkuje NO. - NADPH-oxidáza tvorí superoxidový anión $\mathrm{O_2^-}$. - Z týchto molekúl môžu vzniknúť ďalšie reaktívne zlúčeniny: 1) peroxynitrit $\mathrm{ONOO^-}$ v reakcii NO + $\mathrm{O_2^-}$; 2) $\mathrm{H_2O_2}$, z ktorého myeloperoxidáza môže vytvoriť kyselinu chlornú $\mathrm{HOCl}$. > Definícia: Peroxynitrit $\mathrm{ONOO^-}$ je vysoko reaktívna oxidantná a nitratačná látka vznikajúca z reakcie NO a superoxidu, schopná poškodzovať lipidy, proteíny a DNA. ### Regulácia syntézy iNOS 1. V pokoji je transkripčný faktor **NFκB** viazaný na inhibítor **IκB** v cytosole. 2. Aktivátory (LPS, cytokíny) spustia aktiváciu kinázy **IKK**. 3. **IKK** fosforyluje **IκB**, čo vedie k jeho ubikvitinácii a degradácii v proteazóme. 4. Uvoľnený **NFκB** sa translokuje do jadra a aktivuje transkripciu génu **iNOS**. ## NO a vaskulárna funkcia - NO aktivuje **cytosolovú guanylátcyklázu** → tvorba **cGMP**. $$GTP \xrightarrow{\text{guanylátcykláza}} cGMP$$ - Zvýšené $cGMP$ vedie k poklesu intracelulárneho $Ca^{2+}$ v hladkom svalstve cievnej steny, čo spôsobí relaxáciu (vazodilatáciu). - **Fosfodiesteráza typu 5 (PDE5)** rozkladá $cGMP$; inhibítory PDE5 (napr. sildenafil) predlžujú účinok $cGMP$ a zvy