Oxid dusnat (.N=O)vaclav.hampl@lf2.cuni.cz

http://fyziologie.lf2.cuni.cz

Pro pednka o NO?1985: zneitn vzduchu(smog, kysel d) dnes: nejstudovanj endogenn molekula dekdy

Explozivn rozvoj znalost o NO Uebnice to patn sthaj

Pro jet je NO zajmav?astn se funkce vech hlavnch orgnovch systm Bhem pr let od zkladnho objevu k fundamentlnm pokrokm klinick praxe

Z historie: 1620Prvn pprava NO: Jan Baptista van Helmont Cu + HNO3 -> Cu2+ + NO + H2O (t.j. dve ne teba kyslk - 1774)

1772Chemick charakterizace: Joseph Priestley (objevitel kyslku)

1800Toxicita: Sir Humphry Davy (mlem umel, kdy se toho nadchal)

1867Amylnitrit sniuje krevn tlak pi hypertenzi (dnes vme, e to dl tm, e uvoluje NO)

1914-1918Plnn nitroglycerinu do grant -> nzk krevn tlak Proto nitroglycerinov tablety proti angin pectoris

(dnes vme, e to dl tm, e uvoluje NO)

1977NO aktivuje guanylt cyklzu a tak zvyuje intracelulrn koncentraci cGMP: Ferid Murad

1980Endoteliln relaxan faktor (EDRF): Robert Furchgott

1987Eukaryotick buky um tvoit NO:

Louis Ignarro, Salvador Moncada

1998Nobelova cena za fysiologii a lkastv Za klov objevy tkajc se NO jako signln molekuly v kardiovaskulrnm systmu"

Chemie NONO je plyn(kapaln pi -152oC, tuhne pi -164oC)NO je radikltj. lich poet valennch elektronm jich 11 (N2 m 10; O2 m 12)Z N2 a O2 vznik jen za zvltnch podmnek (nap. blesk)Taky spalovac motory, elektrrny

Rozpustnost NOMlo rozpustn ve vod ~1.7 mmol/l pi 25oCt.j. podobn jako O2 i N2Lipofilita -> snadn prchod membrnami

Samovoln rozpad NOPouze za vysokho tlaku Pozvolna vznik toxick NO2(pozor na skladovn v bombch!)

Autooxidace NOV ptomnosti O2: 2 NO + O2 --> 2 NO2NO2 je jedovat radiklRychl (nkolik sec), je-li NO i O2 hodnPomal, je-li NO mloto je vtinou v tknch (NO < 10 M)

Autooxidace NO~ 200x rychlej v roztoku ne v plynn fziV roztoku jsou produktem autooxidace nitrity (NO2-)Pouze v ptomnosti hemoprotein probhne oxidace a na nitrty (NO3-)

Reakce se superoxidemO2- je reaktivn kyslkov radiklvznik trochu v respiranm etzcihodn v mstech zntu (NADPH oxidza)S NO tvo extrmn rychle peroxynitrit:NO + O2- --> OONO-OONO- nen radikl, ale je vysoce reaktivn (vc ne O2-) a cytotoxick (taky nitrosyluje) a v biol. systmech dle vydr

Inaktivace NO hemoglobinemVelk afinita NO k hemu Rychl inaktivace NO oxidac s Fe oxyhemoglobinu za vzniku NO3-

nitrosoHb --> metHb --> Hb reduktza --> oxyHb

Biosyntza NOPtielektronov oxidace terminlnho guanidino dusku L-argininu molekulrnm kyslkem:L-arg + O2 --> NO + L-citStereospecificitaCelou reakci katalyzuje jedin enzym, NO syntza (NOS)

NO syntzy3 izoformy: I, II, IIIobsahuj v aktivnm centru hemaktivn jako homodimerynutn kofaktory:NADPH6(R)-5,6,7,8-tetrahydrobiopterinFADFMNkalmodulin

Aktivita NOS

Aktivita NOSDimerizace

NOS InNOS (neuronln) ~160 kDaGen na lidskm chromosomu 12 Vyaduje Ca2+ (nutn pro vazbu kalmodulinu) Rozputn v cytosolu

NOS IKonstitutivn exprimovna:centrln a perifern neuronynkter epitel, cvn hladk svalkostern sval Regulace aktivity:Ca2+ser/tyr fosforylaceNO (zptnovazebn inhibice)

NOS IHlavn uplatnn: neurotransmise neuromodulace

NOS IIiNOS (inducibiln) ~130 kDa Gen na lidskm chromosomu 17 Nepotebuje Ca2+ (ve kalmodulin trvale i bez Ca2+) Rozputn v cytosolu

NOS IIExprese je inducibiln (cytokiny...):makrofgyglie, hepatocytyendotel, epitelsrden myocyty, hladk sval, Regulace aktivity:indukce exprese NO (zptnovazebn inhibice)

NOS IIHlavn uplatnn: boj s infekc zabjen ndorovch bunk

NOS IIIeNOS (endoteliln) ~133 kDa Gen na lidskm chromosomu 7 Vyaduje Ca2+ (nutn pro vazbu kalmodulinu) Vzan na bunnou membrnu (kaveoly)

NOS IIIKonstitutivn exprimovna:endotelplicn a renln epitel; trombocytysrden myocytyhipokampus Regulace aktivity:Ca2+ser/tyr fosforylacemodulace exprese

NOS IIIHlavn uplatnn: regulace cvnho tonu regulace krevnho zsoben orgn

Mitochondriln NOSPodobn NOS I Nejasn vznam

inky NO na clovou tk1. Cytotoxicita: pi vysok koncentraci (iNOS)pokozen blkovin, DNA, lipidoxidace (O2, O2-) > reaktivn, toxick produkty (NO2, ONOO-)inhibice respiraceboj s infekc a tumory

inky NO na clovou tk2. Prostednictvm cGMP: Pi nich koncentracch (eNOS, nNOS)Oxidace jen pomalPevld vazba NO na hem solubiln isoformy guanyltcyklzy cyklick guanosin-3',5 monofosft (cGMP)cGMP aktivuje cGMP-dependentn protein kinzu (G-kinzu)

Mechismus NO-cGMPsolubiln isoforma (typ I)

Dal osud cGMPInaktivace cGMP: Fosfodiesterzy cyklickch nukleotid zejmna typ V.vznik 5'-GMP

Farmakologie NODonory NO(nitroglycerin, nitroprusid, NOty)Inhibitory NOS(L-NMMA, L-NAME, aminoguadinin, ADMA)Aktivtory eNOS(endotel-dependentn vazodilatancia)Inhibitory fosfodiesterzy(Sildenafil, Zaprinast)

Funkce NO: NeurotransmiseDifusn modulaceNANCRetrogrdn messenger (zptn potvrzen pjmu zprvy)Dlouhodob potenciace (presynaptick buka pt vyle silnj signl - podklad pamti) Uen, pam, spnek, bolest, deprese

Funkce NO: CytotoxicitaBoj s infekc a tumory:baktrie(i jinak obtn zlikvidovateln, nap. Mycobacterium tuberculosis)houbyparasititumoryinhibice replikace vir

NO v dechuNejvc NOS je v nose a paranaslnch dutinch Dezinfekce ?Regulace plicnch cv ? Mn se pi nkterch nemocech (astma)NO v dechu (ppm)

Vazodilatace zvisl na endotelus endotelembez endotelus endotelem + L-NAME

Vazodilatace zvisl na endoteluRelaxaceAcetylcholinEndotelHladk svalCholinesterzaNOM1M3

Vazodilatace zvisl na endoteluRelaxaceEndotelHladk svalNOAcetylcholinM1M3KontrakceAcetylcholinM3

Vazodilatace zvisl na endoteluPotencuj ji:estrogenyeny ped menopauzou riziko kardiovaskulrnch chorobpo menopauze doenou mue insulin nabdka glukzy tknm dky prokrven

Funkce NO:regulace cvPrtokem indukovan vazodilatace: vazodilatace v perifernch orgnech -> rychlost proudu krve v proximlnjch cvch -> stin napt (shear stress) -> aktivita (a exprese) eNOS -> vazodilatace proximlnjch cv

NO je v tomto nenahraditeln (porucha vede k hypertenzi)

Tonick tvorba NOStedn arteriln tlak (mmHg)

Endogenn inhibitory NOSAsymetrick dimethylarginin(ADMA)NG-monomethyl-L-arginin(L-NMMA)

ADMA -> riziko atherosklerzy

Prtok krve plcemi pi narozen

NO a termoregulace

NO v ledvinchZprostedkuje tlakovou diurzu: arteriln tlak -> mechanick namhn endotelu -> syntza NO -> difuse k proximlnm tubulm -> reabsorbce Na+

NO a erekceNO z terminl n. pelvici relaxuje kavernzn hladk sval

NO u samicEl. stimulace

Funkce NOSniuje srlivost krve Inhibice adhese, agregace a sekrece trombocyt Aktivovan trombocyty tak tvo NO - zptnovazebn inhibice agregaceFylogeneticky star - krabi ped 500 miliny let (hodn dlouho ped savci)

NO inhibuje apoptzu Apoptza: "fysiologick" zpsob smrtiNa rozdl od nekrzy nepsob znt NO (->cGMP -> G kinza) inhibuje apoptotick fosforylan signlyNO pmo inhibuje kaspzy (specifick protezy apoptzy)

Dal funkce NONO z endokardu moduluje srden kontraktilituTlum kontrakci kosternho svaluEsenciln negativn regultor proliferace pi vvoji (bez zastaven rstu nen diferenciace)Kost: Hodn NO (nap. estrogenem, namhnm - NOS I): inhibice resorpce (inhibic tvorby a aktivity osteoklast)Mlo NO: potenciace resorpce indukovan cytokinyasi esenciln pro normln funkci osteoklastPodl na regulaci laktace (?)

Patofysiologie NOseptick okhypertenze (?)atherosklerzaangina pectoriszntyerektiln dysfunkcediabetes mellitus (?)mozkov mrtvice, roztrouen sklerza, Alzheimer (?), Parkinson (?)

Septick okInfekce (endotoxin) indukuje expresi iNOSVysok tvorba NO:likvidace infekceale i vazodilatace -> masivn hypotenze

NO a hypertenze eNOS -> hypertenzeAle:syntza NO nebv pi hypertenzi (nkdy je )

NO a hypertenzeNO v mozku vrazn moduluje sympatickou aktivitulokln inhibice NOS v mozku -> systmov tlak krve

NO a hypertenze: Dysfunkce NO nen prvotn pinou hypertenzePokozen endotelu vysokm tlakem ovem me sekundrn naruit tvorbu NOTo pak hypertenzi dle zhoruje

NO pi hypercholesterolmiiLidsk koronrn arterioly in vitro

NO a atherosklerzaAtherosklerotick plt -> endoteliln dysfunkce -> tvorba NO -> paradoxn vazokonstrikce(nap. koronrn cvy pi nmaze - angina pectoris)-> ochrana proti tvorb tromb-> nap. a infarkt

Patologie CNS(nap. mrtvice, roztrouen sklerosa,...)zntliv aktivace glieindukce iNOSNO inhibuje respiraci neuronuvolnn glutamtuexcitotoxick smrt

NO v terapiiInhalace plynnho NO:PPHNARDSok - pokusn terapie inhibitory NOS (aminoguanidin)(vsledky zatm nejednoznan)Erektiln dysfunkce - Viagra(inhibitor PDE V.)

Inhalace NO pi ARDS

Inhalace NO pi PPHN

Viagra (sildenafil)Pacienti se zlepenm erekce (%)Pina dysfunkce:

obr.: bovine eNOSPot: Mills et al, JAP 1997GRAGASIN et al The neurovascular mechanism of clitoral erection: nitric oxide and cGMP-stimulated activation of BKCa channels FASEB J, Sep 2004; 18: 1382 - 1391.block NO -> rust se nezastavuje, zdn diferenciace