Введення
Сучасні уявленняпро регуляції клітинних процесів дозволяють особливо виділити деякі хімічнісполуки, що володіють поліфункціональною фізіологічним дією. До числатаких з'єднань з повною підставою можна віднести оксид азоту. Данийвільний радикал здатний чинити як активуюча, так і інгібуючудію на різні метаболічні процеси, що протікають в організміссавців і людини. Незважаючи на численні дослідження, значенняоксиду азоту в системній регуляції гомеостазу клітин і тканин не цілком зрозуміло.
Оксид азоту (NO) - газ, добре відомий хімікам іфізикам, останнім часом привернув пильну увагу біологів і медиків.Інтенсивне вивчення біологічного впливу NO почалося з 80-х років, коли Р. Фуршготт і Дж. Завадськіпоказали, що розширення кровоносних судин під впливом ацетилхолінувідбувається тільки при наявності ендотелію - епітеліоподобних клітин, що вистилаютьвнутрішню поверхню всіх судин. Речовина, що виділяється ендотеліальнимиклітинами у відповідь не тільки на ацетилхолін, але й на багато інших зовнішніхвпливу, що призводять до розширення судин, отримало назвуВ«Судинорозширювальний ендотеліальний факторВ». Дещо пізніше було доведено, щоця речовина є газом NO і вклітинах є особливі ферментні системи, здатні його синтезувати.
У даній роботізроблена спроба проаналізувати відомі на сьогоднішній день дані іуявити по можливості повну картину фізіологічної і метаболічної роліданого медіатора.
За своєю хімічноюструктурі оксид азоту відноситься до нейтральних двохатомних молекул. Завдякинаявності неспарених електрона на зовнішній ПЂ-орбіталі молекула NO володіє високою реакційноюздатністю і властивостями вільного радикала.
Синтез оксиду азоту
В організмі людини іссавців оксид азоту головним чином утворюється в результаті окисленнягуанідинових групи амінокислоти L-аргінінуз одночасним синтезом іншої амінокислоти цитруллина під впливом ферменту NO-синтази. Фермент був названийсинтазою, а не синтетазою, оскільки для його роботи не потрібно енергія АТФ (див.[2] в списку літератури).
Рис. 1. Схема синтезуокису азоту з L -аргініну
Крім L-аргініну NOS може використовувати в якості субстратів гомоаргінін,аргініласпарагін, метиловий ефір аргініну, гуанідінотіоли. При нестачісубстрату в клітинах або Н 4 Б фермент починає відновлюватикисень до супероксид радикала і перекису водню. Такі умови можуть бутинаслідком як порушення транспорту амінокислоти (у деяких тканинах вона несинтезується), так і нестачі в їжі, оскільки синтез L-аргініну при цьому в організмі незбільшується [1].
Структура NO -синтази. Основні типи ферменту
NO-синтаза - це складно улаштованийфермент, що представляє собою гомодимера. Тобто він складається з двох однаковихбілкових субодиниць, до кожної з яких приєднано кілька кофакторів,визначають каталітичні властивості ферменту. Активність ферменту проявляєтьсятільки при об'єднанні двох його субодиниць [2].
Фермент є димер,складається з двох однакових білкових молекул, кожна з яких пов'язана знеобхідними для роботи ферменту кофакторами: НАДФ, ФАД, ФМН, гемовое група, що міститьзалізо, кальмодулін, і тетрагідробіоптеріна (ВН4). Зв'язок між білковимисубодиницями відбувається в області їх N0конца, де з ними пов'язані гемовие групи. Стрілками показаний перенесенняелектронів [2].
Рис. 2. Схематичнеуявлення будови NO -синтази.
NO-синтази складають сімейство, тоТобто мається група ферментів, кілька розрізняються по амінокислотноїпослідовності білкової частини молекули і механізмам, які регулюють їхактивність, але тим не менш, каталізують одну і ту ж реакцію перетворенняамінокислот з утворенням оксиду азоту. В даний час добре вивченаструктура різних ізоформ NO-синтази(NOS), відомі механізми, регулюючіїх активність, і хромосомна локалізація генів, відповідальних за синтезферментів, проведено клонування (одержання значної кількості копій) цих генів,отримані генетичні модифікації мишей без генів різних ізоформ ферменту (такзвані нокаут миші) [2].
Синтезувати і виділяти NO здатні більшість клітинорганізму людини і тварин, однак найбільш вивчили три клітинні популяції:ендотелій кровоносних судин, клітини нервової тканини (нейрони) і макрофаги -клітини сполучної тканини, що володіють високою фагоцитарною активністю. Взв'язку з цим традиційно виділяють три основні ізоформи NO-синтази (NOS): нейрональную, макрофагальну і ендотеліальну(Позначаються відповідно як NO-синтазаI, II і III).Нейрональная і ендотеліальна ізоформи ферменту постійно присутні вклітинах і називаються конститутивними, а друга ізоформа (макрофагальна) єіндуцібельной - фермент синтезується у відповідь на певну зовнішнювплив на клітину [2].
Молекули всіх ізоформферменту NOS містять N-термінальний оксігеназного домен і С-термінальний доменредуктази. Домен оксигенази з приблизно 500 амінокислотними залишками включаєділянки для зв'язування гемовое групи, кофактора Н 4 В і субстрату L-аргініну. Домен з редуктазнойактивністю, що складається з 570-625 амінокислотних залишків, бере участь узв'язуванні молекул ФАД, ФМН і НАДФ * Н. між цими доменами розташованапослідовність з 30 амінокислотних залишків для зв'язування білкакальмодулина (сам) - переносника електронів з флавін на залізо гемовое групиоксигенази [3].
Кожен ізофермент маєспецифічну N-термінальну лідируючупослідовність амінокислотних залишків, не бере участь у каталізі і,ймовірно, визначальну внутрішньоклітинну локалізацію ферменту. Так, N-термінальна послідовністьендотеліального ферменту включає три ділянки ацилирования жирними кислотами,які відіграють важливу роль у процесі зв'язування з мембраною. Нейрональная NOS містить в N-кінцевій домені PDZ-фрагмент із 100 амінокислотних залишків. Це фрагмент, беручи участь упроцесі пізнавання білка, визначають субклітинної локалізації молекул NOS [3].
Всі три типи NOS в своїй активній формі - гомодимера.В освіті димера бере участь оксігеназного домен NOS. Процес димеризації ініціюєтьсяприєднанням до субодиниць гемових простетичної груп. Подальшеприєднання Н 4 В стабілізує утворився димер NOS. Без гемовое групи NOS є мономером, не проявляють NO-сінтазной активності. При цьомумономерна форма NOS володієповної цитохром-с-редуктазной активністю і здатністю зв'язувати ФАД і ФМН[3].
Послідовністьредуктазного домену на 50% гомологична іншим ФМН і ФАД-містить редуктази(Наприклад, цитохром Р-450 редуктаза), що свідчить про збереження основнихознак цього класу ферментів для редуктази NOS. Так, експрессіруясь окремо або як частинахолофермента, домен редуктази може безпосередньо переносити електрони зНАДФ * Н на оксігеназного домен та інші акцептори, такі як цитохром з таферрицианида. Редуктаза NOSстабілізується одноелектронних відновленням флавін і може приймати, попринаймні, 3 електрона з НАДФ * Н [3].
Одним з найбільш важливихкофакторів є внутрішньоклітинний кальційзв'язуючий білок кальмодулі. Припідвищенні вмісту іонів кальцію в клітині він приєднується до молекули NO-синтази, що призводить до активаціїферменту і синтезу NO (слайд 2).Така властивість ферменту має велике значення для клітин, оскількиферментативна активність, а значить, і синтез NO прямо залежать від функціонального стану клітини,визначається багато в чому внутрішньоклітинним рівнем іонів кальцію -високоактивних посередників, які впливають на багато процесів в клітинах. Серед іншихрегуляторних механізмів ферменту слід зазначити можливість фосфорилюваннябілкової частини молекули і вплив особливих білків, що беруть участь у зв'язуванні двохсубодиниць ферменту в єдиний функціонально активний комплекс [2].
Активність конститутивних(Тобто нейрональная і ендотеліальна) ізоформ ферменту прямо залежить відвнутрішньоклітинної концентрації іонів кальцію або кальмодулина і, таким чином,п...
