Zhrnutie na Syntéza oxidu dusnatého a fyziologické úlohy

Syntéza Oxid Dusnatého a Fyziologické Úlohy | Kompletný Rozbor

ZhrnutieTest znalostíKartičkyPodcastMyšlienková mapa

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
Zaregistruj se pro celé shrnutí
KartičkyTest znalostíZhrnutiePodcastMyšlienková mapa
Začni zadarmo

Už máš účet? Prihlásiť sa

NO - syntéza a funkcie

Klíčové pojmy: NO vzniká z arginínu prostredníctvom NOS, NOS vyžaduje hem, NADPH, BH4, FAD, FMN a kalmodulín, Existujú 3 izoformy: eNOS, nNOS, iNOS, eNOS a nNOS sú Ca^{2+}-závislé, iNOS je transkripčne regulovaná, NO aktivuje guanylátcyklázu → tvorba cGMP → vazodilatácia, PDE5 rozkladá cGMP; inhibítory PDE5 predlžujú účinok NO, NO a superoxid tvoria peroxynitrit \(\mathrm{ONOO^-}\) schopný poškodzovať bunky, iNOS v makrofágoch sa indukuje cez NFκB po degradácii IκB, Dysfunkcia NOS (uncoupling) vedie k tvorbe superoxidu namiesto NO, NO funguje ako retrográdny mediátor v LTP zvyšovaním presynaptického uvoľňovania glutamátu

## 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