Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Молекулярные мишени для оксида азота
|
|
Реакции нитрозилирования, которые протекают путем взаимодействия активных форм кислорода с металлами, тиолами, остатками тирозина в белках изменяют их активность. Активность белков при этом может как увеличиваться (гуанилатциклаза, циклооксигеназа, транскрипционный фактор NF-KB, K+-каналы), так и уменьшаться (глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, протеинкиназа С). Белки-мишени для оксида азота разнообразны. Это мембранные рецепторы, ионные насосы, сократительные белки, ферменты и белки, участвующие в проведении сигнала.
Показано, что активация транскрипционных факторов под влиянием оксида азота увеличивает экспрессию следующих белков:
- белков теплового шока (HSP 70);
- белков антиоксидантной защиты (СОД, ГПО);
- ферритина;
- рецепторов трансферрина;
- ядерного белка р53, опухолевого супрессора;
- семейства белков Bcl-2, регуляторов апоптоза.
Таблица 6
Молекулярные мишени для NO
| Реактивные участки | Локализация | |||
| Мембрана | Цитоплазма | Ядро | Вне клетки | |
| Тиолы | NMDA-рецептор* К+-катионный канал RAS-белки*** Протеинкиназа С | GAPD Альдолаза Тканевый Активатор Плазминогена Актин Каспазы**** | AP-1** NF-kB** | Глутатион Альбумин |
| Металлы | Гуанилатциклаза Гемоглобин NADH-убихинон-оксидоредуктаза (комплекс 1) Цитохромоксидаза (комплекс II) Циклооксигеназа | |||
| Остатки тирозинов | рибонуклеозилредуктаза |
Одной из основных белковых мишеней для оксида азота является гуанилатциклаза (ГЦ).
Гуанилатциклаза существует в двух формах: растворимой и мембраносвязанной, которые не только являются различными белками, но и отличаются механизмами регуляции. Но только растворимая ГЦ участвует в молекулярных механизмах физиологических эффектов оксида азота.
Растворимая ГЦ широко распространена и обнаружена в цитозоле практически всех клеток млекопитающих. NO. является эндогенным активатором растворимой ГЦ, что лежит в основе внутриклеточной сигнальной системы: NO.-растворимая ГЦ – цГМФ.
Растворимая ГЦ – это гем-содержащий фермент, состоящий из двух субъединиц (α и b). N-концевая часть каждой субъединицы содержит домен, связывающий гем (Fe2+). Гем отвечает за чувствительность фермента к оксиду азота. Окисление Fe2+ гема в Fe3+ снимает чувствительность к NO и может привести к потере гемовой части белка. Растворимая ГЦ – это сульфгидрильный фермент, имеющий на своей поверхности лабильные SH-группы, которые легко окисляются различными эндогенными и экзогенными окислителями и способствует активации фермента. Гем связывается с молекулой фермента через имидазольный лиганд, принадлежащий гистидину-105 b-субъединицы.
Каталитический и регуляторный центры фермента разобщены и находятся в разных областях субъединиц. Каталитический участок расположен в С-концевой части α - и b-субъединиц, он отвечает только за образование цГМФ и не участвует в активации фермента NO..
При активации растворимой ГЦ NO. последний взаимодействует с Fe2+ гемма с образованием комплекса нитрозил-гем. При этом атом железа выступает из плоскости порфиринового кольца и структура образовавшегося нитрозил-гемового комплекса приближается по структуре к протопорфирину IX – одному из сильных активаторов фермента (рис.16). В клетке при этом возрастает количество цГМФ, действие которого опосредуется цГМФ-зависимыми протеинкиназами и цГМФ-зависимыми фосфодитэстеразами.
Таблица 7
Механизм действия gGMP
| Молекулярные мишени для gGMP | Тип клеточного ответа | Примеры |
| Ионные каналы | Изменение проницаемости | Фоторецепторные клетки: открываются катионные каналы. Почки: ингибируется Na+-катионный канал |
| gGMP-зависимые протеинкиназы | Фосфорилирование | Медленные нейроны: увеличивается поток ионов Са2+ в нейрон. Гладкомышечные клетки: снижается [Ca2+] Тромбоциты: снижается [Ca2+] |
| gGMP-стимулируемая фосфодиэстераза | Снижение [cAMP] | Сердце: уменьшается поток ионов Са2+ в моноцит Гипокамп: уменьшается поток ионов Са2+ (долговременное потенцирование постсинаптического ответа, формирование памяти) |
| gGMP-ингибируемая фосфодиэстераза | Увеличение [cAMP] | Гладкомышечные клетки: снижается [Са2+] Тромбоциты: снижается [Са2+] |
Через эти ферменты цГМФ влияет на работу ионных насосов, скорость фосфорилирования белков. цГМ регулирует функцию сократительных белков, ионных насосов, регуляторных белков, участвующих в проведении сигнала, секреции медиаторов, регуляции транскрипции, трансляции и в регуляции функций митохондрий. Через цГМФ-зависимые фосфодиэстеразы регулируется концентрация цАМФ. Эти изменения проявляются в специфическом функциональном ответе на действие NO:
NO. как нейрональный мессенджер:
Роль NO. как биологического мессенджера определяется его физико-химическими свойствами. NO. является высоколабильным, короткоживущим, реактивным свободным радикалом. Долгое время считалось, что функции мозга обеспечиваются двумя типами передатчиков: возбуждающим и тормозным (ацетилхолин, катехоламины, аминокислоты, нейропептиды).
NO. является представителем нового семейства сигнальных молекул со свойствами нейротрансмиттера. Отличия NO. от традиционных нейропередатчиков:
- NO. не резервируется в синаптических везикулах нервных окончаний;
- высвобождается в синаптическую щель путем свободной диффузии, а не по механизму экзоцитоза;
- NO. синтезируется в ответ на физиологическую потребность ферментом nNOS из L-аргинина;
- биологические эффекты NO. в большой степени зависят от малой величины его молекулы, ее высокой реактивности.
Роль NO. в качестве нейромедиатора и регулятора нервной деятельности во многом связана с функциональным состоянием NМДА (N-метил-Д-аспартат)-рецепторов. Эти рецепторы опосредуют действие возбуждающих аминокислот L-глутамата и L-аспартата как нейромедиаторов, они участвуют в реализации физиологических и патогенных эффектов NO.. NМДА-рецепторы контролируют катионные Са2+-каналы в мембарне и локализованы на постсинаптических мембранах. L-глутамат, имеющий исключительно важное значение для деятельности нервной системы, синтезируется в нервных окончаниях из глюкозы и глутаиона, откладывается в синаптических везикулах, откуда высвобождается в синаптическую щель по механизму Са2+-зависимого процесса экзоцитоза. Здесь он вступает во взаимодействие с NМДА-рецепторным комплексом постсинаптической мембраны.
В физиологических условиях NМДА-рецепторы находятся в состоянии покоя, их активация глутаматом происходит при его избыточном высвобождении, вызванном усиленной стимуляцией, ведущей к деполяризации мембраны.
Рис. 17. Схематическое изображение активации растворимой
гуанилатциклазы NO.
В нейронах мозжечка NO. синтезируется в постсинаптических терминалах, выполняя функцию прямого нейромедиатора.
В гипокампе NO. синтезируется в постсинаптических нейронах в ответ на активацию NМДА-рецепторов. При этом вход Са2+ в клетку через Са2+-канал активирует NOS. Образующийся NO. диффундирует из постсинаптического нейрона в пресинаптический аксон, где модулирует выделение нейромедиатора глутамата. Таким образом, в гипокампе и некоторых других областях мозга NO. может выступать в роли ретроградного мессенджера. Эти механизма лежат в основе важнейшей физиологической функции NO. в головном мозгу: NO. выступает в качестве нейромедиатора как «долговременной депрессии» синапсов в мозжечке, так и феномена «длительной потенции синаптической передачи» в гипокампе, возникающих в ответ на стимуляцию рецепторов (рис.18).
Рис. 18 Механизм нейромедиаторного действия оксида азота
NO. может принимать участие в патогенезе ряда патологий ЦНС – нейродегенеративных заболеваний, инсультов, болезни Альцгеймера и др. В этих условиях просиходит резкое увеличение высвобождения глутамата, гиперактивация ими NМДА-рецепторов и гибель окружающих участков нейронов. Непосредственной причиной гибели клеток является образующаяся в больших количествах NO., который приобретает цитотоксическое действие. Это явление получило название глутаматная нейротоксичность.
Таблица 8.
Двойственные функции NO: посредник и токсин
| Ткань | Функции в клетке | |
| NO-посредник (стационарная концентрация – несколько микромолей) | NO-токсин (стационарная концентрация – сотни микромолей) | |
| Кровеносные сосуды | Вазорелаксация, дезагрегация тромбоцитов, антисклеротическое ингибирование миграции гладких мышечных клеток и пролиферации, антиадгезивные свойства | Сентический шок, воспаление, реперфузия (расширение) очага повреждения, микрососудистые разрывы, атеросклероз, артериальная гипертония |
| Сердце | Коронарное кровообращение, миотропное действие | Септический шок, сердечная недостаточность |
| Легкие | Вентиляция – перфузия, регуляция сокращения бронхов, секреция слизи, иммунная защита | Астма (обратимая обструкция легочных путей), повышенная чувствительность к различным стимулам |
| Почки | Клубочковая ультрафильтрация, антимикробное действие | Диабетическая гиперфильтрация, почечная недостаточность, гломерулярный склероз |
| ЦНС | Синаптогенезис, нейропластичность, формирование памяти, регулятор мозгового кровообращения, нейроэндокринная секреция, зрительная трансдукция, обоняние | Нейротоксичность, мигрень, судорожный синдром, гиперадгезия (увеличение болевой чувствительности) |
| Поджелудочная железа | Секреция гормонов | Разрушение b-клеток |
| Печень | Регулятор метаболизма, дыхания, обезвреживания веществ, перфузия гепатоцитов, антимикробное действие, защита при дисфункции и воспалении | Реперфузия повреждения, гепатит, цирроз, септический и геморраргический шок |
| Желудочно-кишечный тракт | Ток крови, перистальтика, экзокринная секреция, антимикробное действие | Гастриты, язвы желудка, колиты, дискинезия моторики |
| Иммунная система | Антимикробное и антираковое действие | Воспаление, септический, эндотоксический, геморраргический шок, повреждение тканей, ускорение роста опухолей, васкуляризация тканей. |
Таким образом, оксид азота в зависимости от концентрации, продолжительности его генерации и взаимодействия с микроокружением, может быть сигнальной молекулой или токсином (табл.8).
Контрольные вопросы
1. Из каких соединений в клетках образуется оксид азота? Каковы особенности реакции синтеза оксида азота?
2. Каковы физико-химические свойства NO., в какие соединения он превращается?
3. Какую роль выполняют редуктазный и Оксигеназный домены NO-синтазы?
4. Каковы главные отличия между изоформами NO-синтазы?
5. Что отличает оксид азота от других сигнальных молекул, в чем его необычность?
6. Каковы молекулярные механизмы действия NO.?
7. Что является основной белковой мишенью для оксида азота, каковы другие молекулярные мишени?
8. Как NO. осуществляет нейромедиаторные функции? Что понимают под глутаматной нейротоксичностью?
9. В каких случаях проявляется NOS-супероксидсинтазная активность? Каково ее значение?
Список литературы
1. Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньщикова Е.Б. Окислительный стресс: Биохимический и патофизиологические аспекты. М.: МАИК «Наука» /Интерпериодика, 2001. – 343 с.
2. Зенков Н.К., Кандалинцева Н.В., Ланкин В.З. и др. Фенольные биоантиоксиданты. Новосибирск: СО РАМИ, 2003. – 328 с.
3. Меньшикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К. и др. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. М.: Фирма «Слово», 2006. – 556 с.
4. Меньшикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К. и др. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. М.: Фирма " Слово", 2006. – 556 с.
5. Владимиров Ю.А., Арчаков А.И. Перекисное окисление липидов в биомембранах. М.: Наука, 1972. – 272 с.
6. Владимиров Ю.А., Азизова О.А., Деев А.И. и др. Свободные радикалы в живых системах. Итоги науки и техники. Серия Биофизика. – Т. 29. – 1991, 247 с.
7. Каган В.Е., Орлов О.Н., Прилипко Л.А. Проблема анализа эндогенных продуктов перекисного окисления липидов. Итоги науки и техники. Серия Биофизика, 1986. – Т.18. – 133 с.
8. Осипов А.Н., Азизова О.А., Владимиров Ю.А. Активные формы кислорода и их роль в организме. / В кн.: Успехи биол. химии. М.: Наука, 1990. – Т. 31. – С. 180-208.
9. Барабой В.А. Биоантиоксиданты. М.: Книга Плюс, 2003. – 513 с.
10. Ланкин В.З., Тихадзе А.К., Беленков Ю.Н. Свободнорадикальные процессы в норме и при патологических состояниях. Пособие для врачей. М., 2001. – 77 с.
11. Зенков Н.К., Меньщикова Е.Б., Шергин С.М. Окислительный стресс. Диагностика, терапия, профилактика. РАМН, Сибирское отд-ние, Новосибирск, 1993. – 210 с.
12. Меньщикова Е.Б., Зенков Н.К., Шергин С.М. Биохимия окислительного стресса. Оксиданты и антиоксиданты. Новосибирск: РАМН Сибирское отд-ние, 1994. – 203 с.
13. Меерсон Ф.З. Патогенез и предупреждение стрессорных и ишемических повреждений сердца. М.: Медицина. – 1984. – 272 с.
14. Меерсон Ф.З., Пшенникова М.Г. Стресс-лимитирующие системы организма и новые принципы профилактической кардиологии. Медицина и здравоохранение. Серия: Проблемы кардиологии, 1989, в. 3. – 71 с.
15. Биленко М.В. Ишемические и реперфузионные повреждения органов. М.: Медицина, 1989. – 368 с.
16. Радикалы в биологии / Под ред. У. Прайора. М.: Наука, 1979. – Т. 1, 2. – 310 с.
17. Барабой В.А. Механизмы стресса и перекисное окисление липидов // Успехи соврем. биол., 1991. – Т. 111, в. 6. – с. 923-931.
18. Болдырев А.А. Карнозин. Биологическое значение и возможности применения в медицине. – М.: Изд-во МГУ, 1998. – 320 с.
19. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы и антиоксиданты // Вестник АМН РФ, 1998. - № 7. – С. 43-51.
20. Марков Х.М. Окись азота и окись углерода – новый класс сигнальных молекул // Успехи физиол. наук, 1996. – Т. 27, № 4 – С. 30-41