Проблема оксида азота в неврологии

1

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Проблема оксида азота в неврологии

Малахов В.А., Завгородняя А.Н., Лычко В.С.,

Джанелидзе Т.Т., Волох Ф.А.

Харьков - 2009

Рекомендовано до друку вченою радою

Харківської медичної академії післядипломної освіти

(протокол №10 від 21 листопада 2008 р.)

Рецензенти:

Гольцев А.М. - академік НАН України, доктор медичних наук, професор, заст. директора з науки Інституту проблем кріобіології та кріомедицини НАН України, керівник відділу кріопатофізіології та імунології;

Григорова І.А. - доктор медичних наук, професор, академік УАН, зав. каф. нервових хвороб Харківського державного медичного університету

П78 Малахов В.О., Завгородня Г.М., Личко В.С., Джанелідзе Т.Т., Волох Ф.О. Проблема оксиду азоту в неврології: Монографія. - Суми: Видавництво СумДПУ ім. А.С. Макаренка, 2009 р. - 242 с. (російською мовою).

ISBN 978-966-698-134-2

У монографії наведені та узагальнені відомості про сучасний стан проблеми оксиду азоту у світовій неврологічній практиці. Детально описано хімічні властивості нітросполук, механізми їх участі у фізичних процесах і значення для функціонування нервової системи. На підставі даних літератури і власних досліджень автори з позицій участі оксиду азоту висвітлюють питання патогенезу ряду неврологічних захворювань.

Для неврологів, біологів, наукових співробітників, студентів медичних і біологічних факультетів.

In monograph there are given and discussed the notifications about modern state of nitric oxide condition problem in the world neurological practice. There is given the exact description of chemical composition of interconnection, mechanisms, their participation in physical process and importance for neurogical system process function. Based on the research papers on the usage of nitric oxide it gives answers to the questions about patogenes in following diseases.

For neurologist, biologist, colleagues, medical and biological faculty students.

ISBN 978-966-698-134-2

УДК 616.831-005.1-005.4-085-07-032:611.018.749

ББК 56.12

В.О. Малахов, Г.М. Завгородня, В.С. Личко,

Т.Т. Джанелідзе, Ф.О. Волох, 2009

Вид-во СумДПУ ім. А.С. Макаренка, 2009

Список условных сокращений

АГ - артериальная гипертензия

АД - артериальное давление

АДМА - несимметричный диметиларгинин

АК - антагонисты кальция

АКМ - активные кислородные молекулы

АПМ - атомы переходных металлов

АПФ - ангиотензинпревращающий фермент

АТ - ангиотензин

АФК - активные формы кислорода

АХ - ацетилхолин

ГМК - гладкомышечная клетка

ГЭБ - гематоэнцефалический барьер

ДАТ - диацилглицерол

ДЭТК - диэтилдитиокарбамат

ИБС - ишемическая болезнь сердца

ИЛ - интерлейкин

ИФ - интерферон

КВВВ - конденсат влаги выдыхаемого воздуха

КР - креатинин

ЛПВП - липопротеиды высокой плотности

ЛПНП - липопротеиды низкой плотности

МАРК - митогенактивируемые протеинкиназы

МДА - малоновый диальдегид

ММП-9 - матриксная металопротеиназы-9

МНКЖ - мононитрозильные комплексы железа

мРНК - матричная РНК

НАДФН - никотинамиддинуклеотидфосфат

нмDNIC - низкомолекулярные DNIC

hmRSNO - низкомолекулярные нитрозотиолы

НСХЦИ - начальные стадии хронической церебральной ишемии

ПМ - плазматическая мембрана

ПОЛ - перекисное окисление липидов

РААС - ренин-ангиотензин-альдостероновая система

рГЦ - растворимая гуанилатциклаза

РС - рассеяный склероз

РФК - реактивные формы кислорода

СА - соль Ангели

САС - симпатоадреналовая система

СБАС - семейный боковой амиотрофический склероз

СМЖ - спинномозговая жидкость

СОД (SOD) - супероксиддисмутаза

СРК - свободные радикалы кислорода

СФЖ - свободный фонд железа

ФАД (FAD) - флавинадениндинукдеотид

ФАТ - фактор активации тромбоцитов

ФМН (FMN) - флавинмононуклеотид

ЦНС - центральная нервная система

ХС - холестерин

ХСН - хроническая сердечная недостаточность

ЧМТ - черепно-мозговая травма

ЭК - эндотелиальные клетки

ЭПР - электронный парамагнитный резонанс

ЭР - эндоплазматический ретикулум

ЭФР - эндотелиальный фактор релаксации сосудов

ADP - аденозиндифосфат

AIF - индуцирующий апоптоз фактор

AlbSNO - S-нитрозоальбумин

Apaf-1 - активирующий протеазы фактор

Arg - аргинин

ATP - аденозинтрифосфат

BH4 - тетрагидробиопротеин

сАМР - циклический аденозинмонофосфат

cGMP - циклический гуанидинмонофосфат

CGRP - кальцитониновый ген

Cit - цитрулин

СО3*- - карбонатный анион

CysSNO - S-нитрозоцистеином

DETC - диэтилдитиокарбаматом

DISC - сигнальный комплекс

DMT1 - транспортер двухвалентных металлов

DNIC - динитрозильный комплекс негемового железа

EDRF - эндотелийрелаксирующий фактор

eNOS (NОS-3) - эндотелиальная NO-синтаза

F2 - молекулярный фтор

[4Fe-4S] - железосерный кластер

Fe3+-Tf - трансферрин

GSNO - S-нитрозоглутатион

GS(O)SG - глутатиондисульфид-S-оксид

GSSG (GSH) - глутатион

Hb - гемоглобин

HbSNO - S-нитрозогемоглобин

HcySNO - S-нитрозогомоцистеин

HIF-1 - транскрипционный фактор-1

НОСІ - гипохлорная кислота

Hsp 70 - белок теплового шока

ICAM-1, VCAM-1 - адгезивные молекулы

IL - интерлейкин

iNOS (NOS-2) - индуцибельная NO-синтаза

IRP - железорегулирующий белок

ISC - бинуклеарный железосерный (Fe2S2) центр

L-AT - транспортирующая аминокислоты система

L-NAME - N-нитро-L-аргининметиловый эфир

L-NMMA - N-монометил-L-аргинин

L-NNA - N-нитро-L-аргинин

МАРК - митогенактивируемые протеинкиназы

Mb - миоглобин

NANC-нейроны - неадренергические-нехолинергические

нейроны

NF-kB - противовоспалительный ядерный фактор

NMDA - N-метил-D-аспартат

nNOS (NOS-1) - нейрональная NO-синтаза

NO - оксид азота

NО* - оксид азотного радикала

*NO2 - радикал диоксида азота

N2O3 - диазоттриоксид

NO+ - катионы нитрозония

NO- - анион нитроксила

NOS - NO-синтаза

NTS - ядро отдельного тракта

О2 - молекулярный кислород

О2- - супероксиданион

О3 - озон

ОН- - гидроксил-радикал

ОNOO- - пероксинитрит

ONOOCOO- - нитрозопероксикарбонатный анион

PAN - пероксиацетил нитрат

РКС - протеинкиназой С

PKG - протеинкиназа

PLTP - белок, переносящий плазменные фосфолипиды

R-COON - перокси-радикал жирных кислот

RNOS - реактивные формы оксида азота

ROS - реактивные формы кислорода

RS- - тиольный радикал

RSH - тиоловые соединения

RSNO - нитрозотиолы

TF - тканевой фактор

TNF-б (ФНО-б) - опухолевый некротический фактор

Светлой памяти нашего Учителя,

члена-корреспондента НАН Украины,

Заслуженного деятеля науки Украины,

Лауреата Государственной премии Украины,

профессора Белоуса Аполлона Максимовича

посвящается

Предисловие

Исследования в неврологии в последние годы все чаще проводятся на клеточно-мембранном и молекулярном уровне. В Украине и, в частности, в Харькове этому во многом способствовала научная деятельность профессора А.М. Белоуса. Еще в 80-е г.г. прошлого века при консультативной помощи А.М. Белоуса на базе НИИ проблем криобиологии и криомедицины ныне профессором В.А. Малаховым были начаты исследования по изучению клеточно-мембранного гомеостаза при хронических церебральных ишемиях. Итогом этих исследований стала диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук В.А. Малахова «Структурно-функциональные свойства эритроцитов у больных атеросклеротической дисциркуляторной энцефалопатией в динамике медикаментозной коррекции». В дальнейшем в соавторстве с профессором В.А. Яворской, к.м.н. А.В. Гребенюк, В.В. Ганичевым был опубликован ряд работ, посвященных исследованию клеточно-мембранных изменений у больных хроническими церебральными ишемиями с применением новых медикаментозных и немедикаментозных методик. Итогом многолетнего исследования В.А. Малахова стала защита в 2004г. диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук «Клеточно-мембранные аспекты патогенеза, лечения и профилактики начальных стадий хронических церебральных ишемий». В дальнейшем А.М. Белоус являлся научным консультантом диссертационных работ И.Н. Пасюры и Г.И. Дорошенко по изучению возможностей применения в неврологии озонотерапии и электромагнитных полей (крайневысокочастотной и сверхвысокочастотной терапии). И на сегодняшний день эти направления продолжают разрабатываться последователями Аполлона Максимовича.

Современные условия общественной жизни в сочетании с негативными экологическими факторами актуализируют заболевания нервной системы. Так, хронические и острые сосудистые заболевания головного мозга представляют собой одну из приоритетных медицинских и социальных проблем [33, 85, 129, 333]. Этому есть несколько причин, а именно, широкая распространённость, высокие показатели смертности и инвалидизации, серьёзные последствия социально-экономического характера. В экономически развитых странах внедряются активные лечебно-профилактические программы по снижению заболеваемости и смертности от наиболее тяжёлой цереброваскулярной патологии - инсульта. Проблема острой цереброваскулярной патологии и её последствий в Украине является ведущей для оценки состояния здоровья [33, 57, 147, 199]. Ишемический инсульт наряду с ишемической болезнью сердца и онкопатологией продолжает удерживать лидирующие позиции среди причин заболеваемости, смертности и инвалидизации населения Украины [45, 46, 87, 449]. Это прежде всего борьба с такими важнейшими факторами риска сосудистых заболеваний головного мозга, как артериальная гипертензия и атеросклероз [58]. В последние годы всё более актуальными становятся заболевания периферической нервной системы, в том числе вертеброгенного генеза [41]. Существует тенденция роста заболеваемости демиелинизирующими и нейродегенеративными заболеваниями [21, 35, 37, 77, 101, 144]. Обращает на себя внимание увеличение распространённости вегетативной патологии [39, 64, 98]. В настоящее время актуальной также становится эпилепсия пожилого возраста, что, в частности, связано с распространенностью сосудистых заболеваний и увеличением контингента пожилых людей [44, 87, 93, 152, 347, 811]. Широкая распространённость и тяжесть неврологической патологии требует совершенствования существующих и поиска новых методов профилактики и лечения нервных заболеваний [423, 754, 906, 1001].

В настоящее время публикуется всё большее число работ по изучению патохимических изменений при различных заболеваниях нервной системы, в том числе изменений сосудистой стенки [125, 144, 347, 509].

Многочисленные исследования последних лет существенно расширили классические представления о сосудистом эндотелии как об анатомическом барьере, препятствующем проникновению крови в стенку сосудов. В настоящее время стало очевидным, что эндотелий сосудов - это активная метаболическая система, поддерживающая сосудистый гомеостаз путем осуществления ряда важнейших функций: модулирования тонуса сосудов; регуляции транспорта растворенных веществ в клетки сосудистой стенки, роста этих клеток; формирования внеклеточного матрикса; защиты сосудов от возможного неблагоприятного действия циркулирующих клеток и субстанций; регуляции хемотоксических, воспалительных и репаративных процессов в ответ на локальное повреждение [14, 77, 143, 250, 705, 913, 1054].

Эти функции эндотелий сосудов осуществляет путем синтеза и выделения ряда биологически активных соединений. Среди них наибольшее значение имеют оксид азота (NО), простациклин и эндотелин-1. Первые два соединения являются наиболее мощными из известных в настоящее время вазодилататоров, в то время как эндотелин оказывает не менее сильное, но противоположное действие на тонус сосудов и другие функции. Различного рода биорегуляторные влияния NО во многом повторяют ранее описанные влияния простациклина на структуру и функции сосудов, а также клеток крови. Эти два соединения дополняют, а в некоторых случаях дублируют друг друга. Вместе с тем NО обладает и рядом самостоятельных свойств, имеющих важное значение для физиологии и патофизиологии сердечно-сосудистой системы, жизнеспособности организма в целом. Широким спектром этих эффектов и их значимостью объясняется большой интерес, который был проявлен к данной молекуле в различных областях биологии и медицины в последние 10-15 лет. Это касается, в частности, и механизмов развития дисфункции эндотелия - ведущего патогенетического фактора многих заболеваний сердца и сосудов.

Историческая справка

Нобелевская премия по физиологии и медицине в 1998 году была присуждена трем американским исследователям: Фериду Мьюрэду (Техасский университет в Хьюстоне), Роберту Фёрчготту (Университет штата Нью-Йорк) и Луису Игнарро (Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе) за установление функциональной роли оксида азота в работе сердечно-сосудистой системы. Тем самым подведена первая черта под лавинообразным потоком публикаций, посвященных изучению функциональных свойств этого простейшего химического соединения.

Громадный интерес к биологии оксида азота позволил редакции журнала «Science» еще в 1992 году провозгласить его молекулой года. За прошедшие годы установлено, что оксид азота непрерывно продуцируется ферментативным путем в организме животных и человека из аминокислоты аргинина и служит одним из универсальных регуляторов метаболизма. Оксид азота вызывает расслабление гладкой мускулатуры стенок кровеносных сосудов, подавляет агрегацию тромбоцитов и их адгезию. Он необходим и для нормальной работы центральной, периферической и вегетативной нервной системы. NO регулирует деятельность органов дыхания, желудочно-кишечного тракта и мочеполовой системы. Наряду с регуляторными функциями оксид азота проявляет и цитотоксическую (цитостатическую) активность как один из основных компонентов клеточного иммунитета. Образование этого агента иммунокомпетентными клетками обеспечивает защиту организма от бактериальных и злокачественных клеток. Весьма интересны данные об участии NO и в процессе апоптоза - запрограммированной смерти клеток [21, 30, 197].

Становлению проблемы оксида азота в биологии предшествовали внешне не связанные направления биологических исследований, результаты которых обеспечили бурное развитие этой области.

Роберт Фёрчготт (Robert Furchgott) родился 4 июня 1916 г. в г. Чарлстоне (штат Южная Каролина, США). В 1937 г. закончил Университет штата Северная Каролина как химик, а через три года получил докторскую степень по биохимии в Северо-Западном университете (США). С 1956 по 1988 г. был профессором отделения фармакологии в Университете штата Нью-Йорк. С 1988 г. - адъюнкт-профессор отделения фармакологии Университета Майами. В настоящее время - почетный профессор отделения фармакологии в Центре науки о здоровье при Университете штата Нью-Йорк.

Заслуга Фёрчготта состоит в том, что он в 1980 г. открыл так называемый эндотелиальный фактор релаксации сосудов (ЭФР). Этот короткоживущий фактор выделялся из эндотелия изолированных кровеносных сосудов в ответ на введение в инкубационную среду биологически активных веществ, вызывая расслабление гладкой мускулатуры сосудов.

В 1986 г. Игнарро и Фёрчготт, исходя из результатов сравнительного анализа способности ЭФР и NO расслаблять сосуды, а также факторов, влияющих на эту способность, первыми предположили, что активным началом ЭФР служит оксид азота.

Химико-физиологические исследования, выполненные группой испанского ученого Сальвадора Монкада в 1987 году, полностью подтвердили это предположение. Открытие эндотелиального фактора релаксации сосудов резко подняло интерес к биологической роли оксида азота и стимулировало поток исследований в этой области.

Ферид Мьюрэд (Ferid Murad) родился 14 сентября 1936 г. в штате Индиана (США). После окончания университета в г. Кливленде (штат Огайо) там же в 1965 г. получил степень доктора фармакологии. В 1971-1981 гг. возглавлял клинический исследовательский центр Университета штата Вирджиния, занимал должность профессора в нескольких американских университетах. В настоящее время - профессор отделения биологии, фармакологии и физиологии Техасского университета в Хьюстоне.

В середине 70-х годов Мьюрэд с сотрудниками установили, что оксид азота активизирует работу важнейшего внутриклеточного фермента - гуанилатциклазы, которая обеспечивает синтез одного из вторичных мессенджеров - циклического гуанозинмонофосфата. Тем самым впервые стало ясно, что NO, известный до того лишь как токсическое соединение, обладает положительным биологическим действием.

Луис Игнарро (Louis Ignarro) родился 31 мая 1941 г. в Бруклине (Нью-Йорк, США). В 1962 г. окончил Колумбийский университет, а в 1966 г. в Университете штата Миннесота получил докторскую степень по фармакологии. В 1979-1985 г.г. - профессор отделения фармакологии Университета в Новом Орлеане, а с 1985 г. - профессор Университета в Лос-Анджелесе (Калифорния). В настоящее время - профессор отделения молекулярной и медицинской фармакологии Медицинской школы того же университета.

В конце 70-х начале 80-х годов группы Игнарро и Мьюрэда выяснили, что расслабляющее действие оксида азота на кровеносные сосуды и его способность тормозить агрегацию тромбоцитов связаны именно с активацией гуанилатциклазы. Этот результат позволил понять механизмы гипотензивного, спазмолитического, а также противотромбозного действия различных нитрозо- и нитросоединений, в частности нитроглицерина, способных продуцировать в организме животных и человека оксид азота.

Уже в начале 80-х годов Танненбаум с сотрудниками (США) установили, что нитриты и нитраты синтезируются в организме животных и человека из эндогенных источников и этот процесс резко усиливается при воспалении. В результате окисления восстановленных форм азота в качестве промежуточного продукта может возникать оксид азота.

Затем, в середине 80-х годов, две группы американских исследователей (Марлетт и Гиббс с сотрудниками) независимо друг от друга обнаружили, что активированные макрофаги продуцируют оксид азота, причем эффективность его образования соответствовала цитотоксическому и цитостатическому действию этих клеток. Выяснилось, что NO сам по себе полностью имитирует действие активированных макрофагов на клетки-мишени. Именно Гиббс в работах на макрофагах впервые продемонстрировал, что NO образуется в результате окисления аминогруппы в гуанидиновом остатке аргинина. Эта идентификация позволила использовать производные аргинина с заместителем по аминогруппе этого остатка в качестве ингибиторов ферментативного синтеза NO.

Марлетта описал схему реакций, приводящих к образованию NO из аргинина, превращающегося при этом в другую аминокислоту - цитрулин, которая затем вновь рециклируется, пополняя внутриклеточные запасы аргинина. Схематически реакцию синтеза NO можно привести в виде уравнения:

1

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Стало ясно, что образование NO в биосистемах - ферментативный процесс, который может подавляться различными производными аргинина. Использование специфических ингибиторов синтеза NO существенно облегчило поиск биосистем, способных продуцировать этот агент.

В конце 80-х годов Гэртвэйт с сотрудниками (Великобритания), изучая ЭФР-подобную активность срезов ткани мозга, подтвердили, что она подавляется такими производными аргинина. Эти исследования подняли вопрос об участии эндогенно продуцируемого NO в работе центральной и вегетативной нервной системы.

Интересно, что в 1965-1968 г.г. А.Ф. Ванин в России, Коммонер и Бреннан в США впервые показали, что в микроорганизмах и тканях животных образуются парамагнитные нитрозильные комплексы негемового и гемового железа, включающие оксид азота. Тем самым уже в 60-е годы было продемонстрировано появление в организме животных NO. Этот результат был получен при использовании в биологических исследованиях метода электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), открытого в России в 1944 г. Однако тогда полагали, что оксид азота, входящий в эти комплексы, образуется из экзогенных источников - нитритов, попадающих в организм с диетой или в результате жизнедеятельности микрофлоры кишечника.

В 1984 г. был разработан метод прямого определения NO в организме животных с помощью избирательной ловушки комплексов двухвалентного железа с производными дитиокарбамата. При этом образуются соответствующие парамагнитные комплексы, которые регистрируются спектроскопией ЭПР. Этот метод позволил А.Ф. Ванину уже в 1987 г. продемонстрировать, как в организме животных оксид азота образуется из эндогенных источников. В настоящее время метод широко используется во всем мире для прямого определения NO в организме животных и клеточных культурах. Кроме того, на его основе была разработана методика томографической оценки распределения оксида азота в тканях животных in vivo и in vitro (Звайер - США, Йосимура - Япония).

К началу 90-х годов стало ясно, что перечисленные направления исследований сводятся к одной проблеме - изучению биологической роли NO. Такое объединение - свидетельство универсального значения этого агента для биологических систем. Заслуга нобелевских лауреатов Мьюрэда, Фёрчготта и Игнарро состоит в том, что их основополагающие исследования обеспечили такое объединение, которое и привело к становлению новой области - биологии оксида азота.

В настоящее время в этой области работают сотни исследователей. Число публикаций достигает нескольких тысяч в год. Поскольку оксид азота имеет отношение почти ко всем метаболическим и физиологическим процессам, есть все основания полагать, что эти работы помогут решать не только фундаментальные билогические задачи, но и чисто прикладные, особенно медицинские. Особый интерес представляет способность оксида азота экспрессировать синтез ряда важнейших белков и ферментов как на уровне транскрипции, так и на уровне трансляции: это стресс-белки, ферритин, белки антиоксидантной защиты, белки рецепторов трансферрина, ядерный белок р53, ответственный за блокаду злокачественных новообразований и др. Оксид азота может также влиять на активность многих белков и ферментов - гуанилатциклазы, рибонуклеотидредуктазы, компонентов дыхательной цепи митохондрий и гликолиза, фактора транскрипции NF-kB, белков типа цитохрома Р450, белков ионных каналов и др. В этой связи чрезвычайно важно понять, в какой форме (связанной или свободной) оксид азота транспортируется в организме и в какой форме (нейтральной или ионизированной) он действует на биологические мишени. Решение этого вопроса необходимо для создания новых лекарств, способных имитировать биологическое действие NO.

Химические свойства азота и его соединений

Следует напомнить, что название «азот» происходит от греческого слова azoos - безжизненный, по-латыни nitrogenium (образующий селитру). Химический знак элемента - N. Азот - химический элемент V группы периодической системы Менделеева, порядковый номер 7, относительная атомная масса 14,0067; бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса.

Соединения азота такие как селитра, азотная кислота, аммиак были известны задолго до получения азота в свободном состоянии. В 1772 г. Д. Резерфорд, сжигая фосфор и другие вещества в стеклянном колоколе, показал, что остающийся после сгорания газ, названный им «удушливым воздухом», не поддерживает дыхания и горения. В 1787 г. А. Лавуазье установил, что «жизненный» и «удушливый» газы, входящие в состав воздуха, это простые вещества, и предложил название «азот». В 1784 г. Г. Кавендиш показал, что азот входит в состав селитры; отсюда и происходит латинское название азота (от позднелатинского nitrum - селитра и греческого gennao - рождаю, произвожу), предложенное в 1790 году Ж. Шапталем. К началу ХIX в. были выяснены химическая инертность азота в свободном состоянии и исключительная роль его в соединениях с другими элементами в качестве связанного азота.

Азот - это один из самых распространенных элементов на Земле, причем основная его масса (около 4·1015 тонн) сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. Азот - четвертый по распространенности элемент Солнечной системы (после водорода, гелия и кислорода).

В воздухе свободный азот (в виде молекул N2) составляет 78,09 % по объему (или 75,6 % по массе), не считая незначительных примесей его в виде аммиака и окислов. Природные соединения азота - хлористый аммоний (NH4CI) и различные нитраты. Азот накапливается в почвах (0,1%) и в живых организмах (0,3 %). Хотя название «азот» означает «не поддерживающий жизни», на самом деле это - необходимый для жизнедеятельности элемент. В белке животных и человека содержится 16-17 % азота. В организмах плотоядных животных белок образуется за счет потребляемых белковых веществ, имеющихся в организмах травоядных животных и в растениях. Растения синтезируют белок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом неорганические. Значительные количества азота поступают в почву благодаря азотфиксирующим микроорганизмам, способным переводить свободный азот воздуха в соединения азота. В природе осуществляется круговорот азота, главную роль в котором играют микроорганизмы - нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие и др.

Степени окисления азота меняются от +5 (в N2O5) до -3 (в NH3). В обычных условиях в свободном состоянии азот образует молекулу N2, где атомы азота связаны тремя ковалентными связями. Молекула азота очень устойчива.

Азот немного легче воздуха; плотность 1,2506 кг/м3, t пл. - 209,860С, t кип. - 195,80С. В воде азот менее растворим, чем кислород: при 00С в 1 м3 H2O растворяется 23,3 г азота. Лучше, чем в воде, азот растворим в некоторых углеводородах. Только с такими активными металлами, как литий, кальций, магний, азот взаимодействует при нагревании до сравнительно невысоких температур. С большинством других элементов азот реагирует при высокой температуре и в присутствии катализаторов. Хорошо изучены соединения азота с кислородом N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5, N2O4 (рис. 1).

Из них при непосредственном взаимодействии элементов образуется окись NO, которая при охлаждении легко окисляется далее до двуокиси NO2. В воздухе окислы азота образуются при атмосферных разрядах. Их можно получить также действием на смесь азота с кислородом ионизирующих излучений. При растворении в воде азотистого N2O3 и азотного N2O5 ангидридов соответственно получаются азотистая (НNO2) и азотная (НNO3) кислоты, образующие соли - нитриты и нитраты. С водородом азот соединяется только при высокой температуре и в присутствии катализаторов, при этом образуется аммиак NH3.

оксид азота , NO2	оксид азота, N2O	оксид азота , N2O3
азотный ангидрид, N2O5	оксид азота, N2O4

Рис. 1. Соединения азота с кислородом

Закись азота является постоянной микропримесью воздуха и действует практически как индифферентный газ, а в очень больших концентрациях в смеси с кислородом - как наркотик. Окись азота NO вызывает быстрое превращение гемоглобина крови в метгемоглобин и действует на центральную нервную систему. Двуокись азота NO2 (N2O4) раздражает главным образом легкие, вызывает их отек [51, 36, 1022].

Термином «оксид азота» (или «окись азота») обозначается восстановленная форма моноокиси азота (NO) с периодом полураспада от 2 до 30 с. NO представляет собой растворимый в воде и жирах бесцветный газ с уникальными физиологическими свойствами. В химическом отношении NO представляет собой маленькую липофильную молекулу, состоящую из одного атома азота и одного атома кислорода и имеющую неспаренный электрон, что превращает ее в высоко реактивный радикал, свободно проникающий через биологические мембраны и легко вступающий в реакции с другими соединениями. Маловыраженная поляризация молекулы NO - одна из причин плохой растворимости NO в воде. В химические реакции с водой NO не вступает, и NO не является солеобразующим окислом. Кислород легко окисляет NO до солеобразующих окислов азота, в которых атомы азота имеют более высокие валентности и более высокие степени окисления. Гидратация солеобразующих окислов азота приводит к образованию азотистой (HNO2) и азотной (HNO3) кислот. Супероксиданион (О2-) окисляет NO до пероксинитрита (ONOO-) [121, 130, 167].

Возможность ионизации NO с образованием катиона нитрозония (NO+) указывает на свойства NO как восстановителя. Спектр веществ, в отношении которых NO себя проявляет как восстановитель, невелик. К ним относятся молекулярный кислород (О2), озон (О3), супероксиданион (О2-), молекулярный фтор (F2). Возможность ионизации NO с образованием аниона нитроксила (NO) указывает на свойства NO как окислителя. В отношении биоорганических соединений NO себя обычно проявляет как окислитель.

Окись азота имеет две электронные структуры. Неспаренный электрон в них может находиться либо на атоме азота, либо кислорода. Наличие этих электронов обеспечивает магнитный момент у молекулы. Окись азота за счет своих парамагнитных свойств способна в магнитном поле образовывать полимерную структуру с общей электронной оболочкой. Кроме того, при образовании спиральной структуры полимерная NO-молекула создает собственное магнитное поле, направленное вдоль оси спирали, которое ориентирует отдельные молекулы NO и позволяет им встраиваться в полимерную цепочку. Прохождение тока по спирали приводит к расширению ее диаметра. Общая электронная оболочка в полимерной NO-молекуле приводит к тому, что она становится проводником электрического тока [321, 778, 990, 1010].

Источники оксида азота в биологических системах

Оксид азота является универсальным регулятором метаболических процессов в разных клетках и тканях организма человека и животных.

Определенное его количество образуется во время экзогенного поступления органических нитрозосоединений как лекарственных средств (нитропруссид, нитроглицерин и др.). Кроме того, NO может образовываться из окисей азота, что попадают в атмосферу из отопительных систем и в результате работы двигателей внутреннего сгорания, а затем - в организм ингаляционным путем [12, 135, 497, 678].

Нитраты и нитриты поступают в организм из экзогенных источников (пища, питьевая вода, оксиды азота воздуха) и в результате нитрификации аммонийного азота микроорганизмами кишечника. Эндогенно эти анионы образуются при неферментативном или ферментативном окислении оксида азота. Указанная молекула играет ключевую роль в регуляции разнообразных биохимических и физиологических процессов и образуется в клетках из L-аргинина с помощью NО-синтазных реакций. Физиологические функции NO обеспечиваются теми небольшими его количествами, которые синтезируются конститутивными формами NO-синтаз. NO в больших количествах, вырабатываемый индуцибельной NO-синтазой, обладает токсическими свойствами, что позволяет ему осуществлять в организме как защитные функции (убивать опухолевые и бактериальные клетки), так и участвовать в патологических процессах, индуцируя апоптоз. Согласно некоторым данным, значительную часть продуктов NO-синтазных реакций, помимо NО, составляют нитриты и/или нитраты. Вместе с тем в организме теплокровных существует мощная нитрат(нитрит)редуцирующая система, способная восстанавливать нитраты и нитриты в NO, что указывает на наличие в нем цикла оксида азота. Не выяснено, имеет ли из субстратов этого цикла только NO самостоятельное значение в осуществлении физиологических и патологических процессов или таковым обладают также нитрит и нитрат [1, 10, 134, 397].

Одним из ключевых ферментов нитритредуцирующей системы является ксантиноксидоредуктаза, обладающая структурным сходством с бактериальными нитрат/нитритредуктазами. Показано, что, ксантиноксидаза молока способна в аэробных условиях восстанавливать нитраты и нитриты соответственно в Мо-содержащем и Fe-S-центрах, используя в качестве донора электронов NADH. Недавно установлено, что ксантиноксидаза тканей млекопитающих способна восстанавливать нитрит в NO. Предполагается, что эта реакция осуществляется в молибденовом центре фермента, нуждается в NADH как доноре электронов и выполняет вазодилататорную роль при гипоксии, когда NO-синтаза не функционирует, а концентрация NADH в тканях повышена [21, 30, 190, 345, 789].

Нитриты, по-видимому, в определенной мере обладают сами по себе цитотоксическим действием, а нитраты вызывают апоптоз потому, что восстанавливаются в нитрит с помощью ксантиноксидазы.

В воздухе NО как нестойкое соединение в результате фотохимического смога окисляется, при этом образуются N2O, NO2, N2O3, N2O4, N2O5, NO3, HNO2, HNO3. Кроме того, в результате реакции NO2 с летучими органическими соединениями синтезируется пероксиацетил нитрат (PAN). Они, а также нитриты, нитраты, N- и S-нитрозосоединения, органические нитраты, гидроксиламин и другие азотсодержащие соединения, поступая в организм, способны образовывать NО. Нитрит- и нитрат-анионы восстанавливаются в NО, взаимодействуя с гемсодержащими белками, и некоторыми ферментами, например, ксантиноксидазой. В превращении органических нитратов, нитрозосоединений и гидроксиламина в NО участвуют глутатион-8-трансферазы, цитохромы Р-450 и митохондриальная альдегиддегидрогеназа [31, 56].

Крупнейшими источниками образования NO являются нитрит-редуктазные реакции, в частности, у бактериальной микрофлоры полости рта или желудочно-кишечного тракта. Важным источником окиси азота в организме являются клетки гранулоцитарного ряда [5]. Учитывая хорошую растворимость окиси азота в липидной среде и слабую в водной, можно предположить, что липидная компонента организма, в том числе ненасыщенные жирные кислоты, является своеобразным депо для этих молекул.

Под влиянием оксида азота наблюдается окисление тиолов с образованием нитрозотиолов [1, 84]. В плазме крови обнаруживаются нитрозотиолы цистеина, альбумина, а в клетках - нитрозотиолы глутатиона, цистеинилглицина, различных белков, включая очень важные для регуляции пролиферативной активности клеток и их апоптоза [9, 67]. NO после конъюгации с супероксиданионом направляется по различным путям преобразования пероксинитрита, включая нитрование белков, образование нитрозотиолов, в том числе нитрозотиолов гомоцистеина. Часть этих продуктов приводит к усилению оксидативного стресса и свертываемости крови, тромбообразованию. В условиях нарастающего оксидативного стресса за счет генерации активных форм кислорода (АФК) чаще наблюдается снижение активности эндотелиальной NO-синтазы и глутатион-пероксидаз [68, 98]. Это вызывает оправданное стремление использовать доноры NO в терапевтических целях при недостаточной выработке данного медиатора эндотелиальными клетками. Однако это не всегда представляется целесообразным, в связи хотя бы с тем, что субэндотелиальные макрофаги также являются источником значительных количеств NO. Кроме того, сам NO представляет парамагнитную молекулу, т.е. свободный радикал, и при неблагоприятных условиях метаболизма способен вызвать так называемый нитрозилирующий стресс.

Экзогенные донаторы NO, исключая субстраты NO-синтаз, аминокислоту аргинин, высвобождают NO, по-видимому, без участия специально синтезируемых энзимов. К подобным донорам NO относятся такие лекарственные препараты, как нитросорбит, эринит и нитроглицерин, а также нитропруссид натрия, известные в фармакологии как нитраты, нитриты, к которым относятся амилнитрит, соли азотистой кислоты. Эти вещества с участием эндогенных окислительно-восстановительных систем способны генерировать монооксид азота. Монооксид азота накапливается в виде нитрозотиолов, транспортируется и взаимодействует с молекулами-мишенями, в частности геминовыми белками [9]. К нитрозотиолам относятся нитрозоглутатион, нитрозоцистеин, нитрозо-S34-альбумин, S-нитрозо-N-ацетилпеницилламин и др. Из нитрозотиолов самым лучшим, с точки зрения малой токсичности, является S-нитрозоглутатион [110, 611].

Механизмы воздействия нитрозотиолов при парентеральном введении связаны с их прямым вкладом в общий пул NO. Нитрозотиолы (RSNO) высвобождают NO в соответствии с реакцией:

1

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

В этой реакции способен также образовываться тиольный радикал (RS). Эта реакция в физиологических ситуациях протекает достаточно интенсивно только при поглощении световой энергии или других видов излучения, в особенности в присутствии ионов переходных металлов [135]. Реакции транснитрозилирования, протекающие в присутствии переходных металлов, в том числе ионов меди, приводят к образованию дисульфидов, например глутатиона (GSSG):

Во внутренних средах организма высвобождение NO можно представить в виде реакции:

1

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Окисленные ионы меди подвергаются восстановлению за счет эндогенных аминотиолов или аскорбата:

1

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

В присутствии ионов меди или железа происходит генерация NO из нитрозотиолов и окисление тиоловых групп. Исходя из того, что эти ионы с переменной валентностью в свободном состоянии во внутренней среде практически отсутствуют, в настоящее время интенсивно изучаются белки, их содержащие [168].

Таким образом, на сегодняшний день имеется достаточно большое количество сведений о источниках, путях поступления и преобразования оксида азота в биологических системах. Однако не все механизмы цикла оксида азота полностью изучены и осмыслены, что требует проведения дальнейших исследований в этой сфере.

Синтез оксида азота в организме

Хорошо известна схема реакций, приводящих к образованию NO из аргинина, описанная М. Марлетта:

1

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Один из атомов азота R-цепи аминокислоты L-аргинин - доказанный источник атома азота для молекулы NO, синтезируемой клетками млекопитающих и человека. Катализатор этой реакции - NO-синтаза (NOS).

L-аргинин относится к группе полунезаменимых аминокислот и играет важную роль в жизнедеятельности организма. Он был впервые идентифицирован в 1886 году [90]. 9 лет спустя было показано, что L-аргинин является продуктом гидролиза белков [42], его структура окончательно установлена в 1910 году [3]. В дальнейшем были подробно изучены метаболизм L-аргинина и его роль в балансе азота и гомеостазе. Значение L-аргинина резко возросло после того, как было установлено, что он является предшественником оксида азота [4], обладающего широким спектром биорегуляторных влияний [5, 511, 789].

Ежедневный прием L-аргинина с пищей для взрослого человека в среднем составляет 5,4 г [12]. Из-за высокой активности аргиназы - фермента, разрушающего L-аргинин в слизистой оболочке тонкого кишечника, 40 % поступающего с пищей аргинина разрушается в процессе абсорбции, а остальное его количество поступает в воротную вену [33]. Принимая усвояемость связанного с белком L-аргинина за 90 %, можно считать, что только 50 % пищевого аргинина поступает в системную циркуляцию.

Концентрация L-аргинина в плазме крови человека и животных колеблется в пределах 95-250 мкмоль/л в зависимости от возраста и диеты. Количество же аргинина, проникающего в эндотелиальные клетки сосудов зависит от активности мембраносвязанной транспортной системы. Однако в случае недостаточного количества поступившего в эндотелиальные клетки аргинина разрушение (катаболизм) белков и/или L-аргинин - L-цитролиновый цикл могут в той или иной степени восполнить дефицит аргинина для поддержания необходимого его уровня [12]. Концентрация аргинина в эндотелиальных клетках зависит также от активности аргиназы, которая превращает его в орнитин и мочевину. Аргиназа I является конститутивной, а так называемая «внепеченочная» аргиназа (аргиназа II) индуцируется в эндотелиальных клетках липополисахаридами и интерфероном [12, 33].

Синтез аргинина осуществляется при конденсации цитруллина с аспартатом и последующим образованием промежуточного продукта - аргининосукцината, который после распада образует аргинин и фумарат, который связывает цикл карбамида с циклом трикарбоновых кислот.

Ресинтез L-аргинина из L-цитруллина катализируется аргининсукцинатсинтазой и аргининсукцинатлиазой. К переносчикам L-аргинина относятся САТ-1 и САТ-2 - ферменты-транспортеры катионных аминокислот.

Как и другие аминокислоты, L-аргинин участвует в синтезе белка. Неполимеризованный L-аргинин стимулирует инкрецию гормонов: инсулина, соматотропина, пролактина, глюкагона и др. Аргиназа (две изоформы), NOS (три изоформы), аргининдекарбоксилаза, возможно, и другие ферменты катализируют превращения L-аргинина. К продуктам метаболизма L-аргинина (помимо NO) относятся мочевина, креатин, L-орнитин, L-цитруллин, L-пpoлин и др.

Внутриклеточная концентрация аминокислоты L-аргинин зависит от ее поступления с пищей, ее синтеза (ресинтеза) в организме, ее активного транспорта внутрь NO-синтезирующих клеток и активности обеих изоформ аргиназы, катализирующей расщепление L-аргинина.

Содержание L-аргинина в клетках, синтезирующих NO, повышают интерферон-г (ИФ-г) и интерлейкин-1в (ИЛ-1в), которые ускоряют поступление L-аргинина внутрь клеток и повышают активность аргининсукцинатлиазы, катализирующей ресинтез L-аргинина из L-цитруллина. ИЛ-4 и ИЛ-10 повышают активность аргиназ и тем самым снижают содержание L-аргинина в клетках, синтезирующих NO.

Биологическая активность NO стимулируется некоторыми агонистами, включая L-аргинин, АХ, брадикинин и др. Но синтез NO является регулируемым процессом и может тормозиться различными аналогами L-аргинина, которые являются конкурентными ингибиторами NOS. При этом N-омега-циклопорил-L-аргинин является селективным ингибитором еNOS, в то время как аминогуанидин - iNOS. Некоторые другие аналоги L-аргинина, такие как N-монометил-L-аргинин (L-NMMA), N-нитро-L-аргининметиловый эфир (L-NAME), N-нитро-L-аргинин (L-NNA) способны тормозить выработку NO обоими ферментами. Выработка NO может также замедляться или прекращаться под влиянием гемопротеинов, метиленового голубого, супероксид радикалов, этанола, глюкокортикостероидов, индометацина [33, 97].

Синтазы оксида азота. Синтез оксида азота осуществляется при участии одноименной NO-синтазы, которая имеет три изоформы: нейрональную (nNOS, NOS-1), индуцибельную (iNOS, NOS-2) и эндотелиальную (eNOS, N0S-3). Ферменты катализируют пятиступенчатое окисление L-аргинина до L-цитруллина и NO. Все они - гомодимеры с молекулярной массой 130 кДа для iNOS и eNOS, 160 кДа - для nNOS. Мономеры состоят из нескольких доменов. N-концевой участок содержит гемсвязующий оксигеназный домен, специфичный для каждой изоформы (nNOS человека содержит N-концевую лидерную последовательность, которая отсутствует у eNOS и iNOS; она является высокогомологичной к синтрофинам - семейству белков, которые локализованы в сарколеме). За оксигеназным расположен кальмодулин-связующий домен, а в С-концевом участке цитохром Р450-подобный редуктазный домен с местами связывания для кофакторов. Этот участок отвечает также за NADPH-диафоразную активность NOS. В качестве кофакторов выступают никотинамиддинуклеотидфосфат (НАДФН), тетрагидробиопротеин (BH4), флавинадениндинукдеотид (ФАД), флавинмононуклеотид (ФМН) и протопорфирина IX [2, 230, 767].

Они синтезируют NO в небольшом количестве либо базально, т.е. непрерывно, либо стимулированно, небольшими порциями, под действием факторов, которые воздействуют или через рецепторы, или не зависят от рецепторов. К рецепторзависимым факторам относятся ацетилхолин, брадикинин, норадреналин, ангиотензин, а также факторы, которые высвобождаются из тромбоцитов, т.е. АТФ, тромбин и серотонин. К факторам, которые не зависят от рецепторов, относятся основные физические факторы, т.е. концентрация кислорода в клетке и напряжение сдвига, смещение крови по отношению к эндотелиальному слою. В регуляции сердечно-сосудистой системы главную роль играет конститутивная еNOS [321, 356, 889].

Активация iNOS вызывает синтез высоких концентраций оксида азота, которые способны стимулировать Т-клеточное звено иммунитета и воздействовать цитотоксически, что отражает возможное участие оксида азота в подавлении некоторых этапов канцерогенеза. iNOS выявлено не только в макрофагах, но и в нейтрофилах, кератиноцитах, фибробластах, хондроцитах, остеокластах, нейронах, астроцитах; в клетках разного эпителия дихательного, ретинального, пигментного, ренального, тубулярного, аденокарциноми; в гепатоцитах, островках поджелудочной железы, эндотелии, эндокарде, гладких мышцах сосудов. Фермент активируется при воспалительных процессах цитокинами или бактериальными антигенами, а также ультрафиолетом, озоном, никотиновой кислотой, гормонами, которые воздействуют на синтез сАМР (адреналин, глюкагон). Эта изоформа NOS генерирует во много раз большее количество NO в сравнении с другими формами NO-синтаз, не используя при этом Са2+. Длительность интенсивного синтеза оксида азота составляет около пяти суток. Подобную макрофаговой форме iNOS выявлено на внутренней мембране митохондрий [421, 530, 1007].

nNOS участвует в регуляции роста и дифференцировки клеток центральной нервной системы (ЦНС) и, предположительно, в их восстановлении после локальных ишемических повреждений головного мозга [121].

Большинство исследователей считает, что активация nNOS в медулярных кардиоваскулярных нейронах сопровождается снижением уровня системного артериального давления и уменьшением частоты сердечных сокращений, обусловленных угнетением нисходящих симпатоактивирующих влияний к сердцу и сосудам [14, 19].

nNOS является Са2+-зависимой. Нейрональная и эндотелиальная NO-синтазы - это конститутивные ферменты, активация которых, как правило, связана с немедленными алостерическими модуляциями молекул фермента, в отличие от iNOS, активность которой возрастает в более отдаленные сроки вследствие активации экспрессии соответствующих генов. Активность базального уровня конститутивных NOS зависит от физиологического состояния организма. При сахарном диабете, инфаркте миокарда, цереброваскулярних катастрофах и ряде других гипоксических состояниях организма наблюдается активация генерации NO в разных тканях [521, 897].

eNOS отводится ведущая роль в обеспечении постоянного базисного уровня NO, который ассоциируют с реализацией механизмов локальной эндотелиальной цитопротекции и поддержанием сосудистого гомеостаза [422, 630]. Снижение активности этой изоформы приводит к нарастанию эндогенной недостаточности NO и является одним из ключевых звеньев патогенеза ишемической болезни сердца (ИБС) и цереброваскулярной патологии. eNOS локализована в клетках эндотелия (ЭК) кровеносных сосудов и может быть как в растворимой, так и в мембраносвязанной форме.

eNOS локализована в плазматической мембране ЭК, где она ассоциирована с кавеолином. В таком состоянии ее активность очень низка. Под влиянием ряда рецепторзависимых стимулов (ацетилхолин, брадикинин, гистамин, тромбин и др.), вызывающих смещение (вытеснение) eNOS из комплекса кавеолин-eNOS и повышающих концентрацию кальция в ЭК, происходят высвобождение eNOS из плазматической мембраны, ее активация кальций-кальмодулином, окисление L-аргинина и синтез небольших количеств (пкмоль) NО [615, 730].

Локализация этого фермента в мембране имеет существенное значение для передачи сигнала при участии NO в случае увеличения напряжения сдвига (shear stress), которое возникает вследствие ускорения кровотока, что имеет место при гипоксических состояниях организма [24, 125]. Фермент активируется при условиях роста концентрации внутриклеточного кальция, усиление проникновения которого в клетку во время увеличения напряжения сдвига происходит вследствие активации К+-тока. Активация ендотелиальной NOS может иметь место также при вазоконстрикции сосудов и под влиянием фактора активации тромбоцитов (ФАТ) через ФАТ-рецепторы на клетках эндотелия. Синтезированный NO диффундирует к близлежащим гладким мышцам, вызывает образование cGMP, который запускает такую цепь преобразований: протеинкиназа G активирует протеинфосфатазу, которая во время дефосфорилирования белков К+Са-канала оказывает содействие усилению К+-проводимости через цитоплазматическую мембрану миоцитов. Вследствие конформационных изменений ансамбля белков К+-канала, индуцированных гиперполяризацией мембраны, снижается проницаемость Са2+-каналов, а уровень Са2+ в клетках падает, что приводит к расслаблению миофибрил и, как конечный результат, к вазодилатации.

еNOS образуется в эдотелиоцитах и тромбоцитах. Ее активность напрямую коррелирует с концентрацией внутриклеточного кальция [38, 40]. Фермент может также стимулироваться при участии cAMP-зависимой протеинкиназы А, а также сердечного шокового протеина-90. В активации всех изоформ фермента принимают участие некоторые цитокины.

Между изоформами имеются различия в молекулярной массе и кинетических константах, их гены локализуются в различных хромосомах. Функционирование конститутивных eNOS и nNOS, в отличие от iNOS, нуждается в увеличении внутриклеточной концентрации Са2+ и активации кальмодулина. eNOS связана с мембранными структурами клетки, а нейрональная и индуцибельная формы NOS расположены преимущественно в цитозоле. eNOS и nNOS обеспечивают быстрое, ситуативное (в ответ на внеклеточные сигналы медиаторов, физиологически активных веществ и гормонов) изменение уровня NO в организме в физиологических пикомолярных количествах [46]. При инфекциях, воспалительных процессах, травмах, с целью уничтожения микроорганизмов, чужеродных или неопластических тканей индуцибельная изоформа может образовывать NO в микромольных количествах, что зачастую приводит к его гиперпродукции, приводящей к интоксикации организма [405].

Следует отметить, что во многих клетках представлены как конститутивные, так и индуцибельная NOS. Причем предполагается, что изоформы конститутивных NOS являются частью двух сигнальных путей в клетке [26, 327].

NOS структурно и функционально подобна цитохрому Р-450. Она включает редуктазную компоненту (С-конец), содержащую NADPH-связывающий участок, FAD, FMN и оксигеназную компоненту (N-конец), содержащую участок связывания железопорфирина (Fe3+), кальмодулина и кофактора тетрагидробиоптерина. Именно с оксигеназным участком связывается О2 и L-apгинин, т.е. он является собственно каталитическим участком. Электроны от NADPH перебрасываются по редокс-цепи редуктазного участка (от NADPH к FMN) на кислород, координированный гемом, промежуточным комплексом является пероксидное соединение гемового железа (Fe3+-O-O-). Окисление L-аргинина по гуанидиновой группе приводит к образованию Ng-окси-L-аргинина, который и отщепляет NO, превращаясь в L-цитруллин. Структурно-функциональной особенностью NOS является ее димерная структура и димеризация субъединиц в участке N-конца [26, 217]. В условиях недостатка кофактора тетрагидробиоптерина eNOS способна продуцировать O2- или Н2О2 [88]. Предложена модель, согласно которой при концентрациях тетрагидробиоптерина, намного меньших 10-9 М, продуцируется O2-, при концентрациях от 10-9 до 10-6 М пероксинитрит, а выше 10-6 М оксид азота [88]. При недостатке L-аргинина NOS также нарабатывают Н2О2, т.е. проявляется ее NADPH-оксидазная активность. Есть данные, что NOS постоянно продуцирует Н2О2 даже при оптимальных количествах кофактора и субстрата. Существуют работы, в которых показано прямое образование в NOS-реакции нитрит-аниона NО2- [30, 31], нитрат-аниона NO3- [32] либо пероксинитрита ОNОО- [87]. Интересно, что при избытке NО относительно О2-, например при увеличении активности супероксиддисмутазы (СОД), пероксинитрит восстанавливается до NО2- [33]. Образующийся в NOS- реакции NО может быть окислен в NО3- оксигемоглобином или оксимиоглобином тканей.

...