Войти
| Синтаза оксида азота | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Индуцируемая синтаза оксида азота человека. PDB 1nsi | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Номер EC | 1.14.13.39 | ||||||||
| Номер CAS | 125978-95-2 | ||||||||
| Базы данных | |||||||||
| IntEnz | IntEnz view | ||||||||
| BRENDA | Запись BRENDA | ||||||||
| ExPASy | Просмотр NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Запись KEGG | ||||||||
| MetaCyc | метаболический путь | ||||||||
| PRIAM | профиль | ||||||||
| PDB структуры | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| Онтология генов | AmiGO / QuickGO | ||||||||
| |||||||||
| Синтаза оксида азота, домен оксигеназы | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Структура гемового домена эндотелиальной синтазы оксида азота. | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | NO_synthase | ||||||||
| Pfam | PF02898 | ||||||||
| InterPro | IPR004030 | ||||||||
| SCOPe | 1nos / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
синтазы оксида азота (EC 1.14.13.39 ) (БДУ ) представляют собой семейство ферментов, катализирующих производство оксида азота (NO) из L-аргинина. NO представляет собой важную клеточную сигнальную молекулу. Он помогает модулировать тонус сосудов, секрецию инсулина, тонус дыхательных путей и перистальтику, а также участвует в ангиогенезе и развитии нервной системы. Он может действовать как ретроградный нейротрансмиттер . Оксид азота опосредуется у млекопитающих с помощью кальция - кальмодулина контролируемых изоферментов eNOS (эндотелиальная NOS) и nNOS (нейрональная NOS). Индуцибельная изоформа iNOS, участвующая в иммунном ответе, связывает кальмодулин в физиологически значимых концентрациях и продуцирует NO в качестве механизма иммунной защиты, поскольку NO представляет собой свободный радикал с неспаренным электроном. Это непосредственная причина септического шока и может действовать при аутоиммунном заболевании.
NOS катализирует реакцию:
2 цитруллин +2 оксид азота + 4 H 2 O + 3 NADPИзоформы NOS катализируют другие утечки и побочные реакции, такие как супероксид Производство за счет НАДФН. По существу, эта стехиометрия обычно не наблюдается и отражает три электрона, поставляемых НАДФН на NO.
БДУ необычны тем, что требуют пяти кофакторов. Изоферменты NOS эукариот каталитически самодостаточны. Электронный поток в реакции NO-синтазы составляет: НАДФ → FAD → FMN → гем → O2. Тетрагидробиоптерин обеспечивает дополнительный электрон во время каталитического цикла, который заменяется во время оборота. NOS - единственный известный фермент, который связывает флавинадениндинуклеотид (FAD), флавинмононуклеотид (FMN), гем, тетрагидробиоптерин (BH 4) и кальмодулин.
Синтез NO на основе аргинина был идентифицирован у млекопитающих, рыб, птиц, беспозвоночных и бактерий. Лучше всего изучены млекопитающие, у которых три разных гена кодируют NOS изоферменты : нейрональные (nNOS или NOS-1), цитокин -индуцибельные (iNOS или NOS-2) и эндотелиальный (eNOS или NOS-3). iNOS и nNOS растворимы и обнаруживаются преимущественно в цитозоле, тогда как eNOS ассоциирован с мембраной. Были обнаружены доказательства передачи сигналов NO у растений, но геномы растений лишены гомологов надсемейства, которое генерирует NO в других царствах.
У млекопитающих изоформа эндотелия является основным генератором сигналов, контролирующих тонус сосудов, секрецию инсулина и тонус дыхательных путей, участвует в регуляции сердечной функции и ангиогенеза (рост новые кровеносные сосуды). Было показано, что NO, продуцируемый eNOS, является сосудорасширяющим средством, идентичным производному от эндотелия релаксирующему фактору, продуцируемому в ответ на сдвиг от увеличения кровотока в артериях. Это расширяет кровеносные сосуды за счет расслабления гладких мышц их подкладки. eNOS является основным регулятором тонуса гладких мышц. NO активирует гуанилатциклазу, которая вызывает расслабление гладких мышц за счет:
eNOS играет решающую роль в эмбриональном развитии сердца и морфогенезе коронарных артерий и сердечных клапанов.
Изоформа нейронов участвует в развитии нервная система. Он функционирует как ретроградный нейромедиатор, важный для долгосрочной потенциации и, следовательно, вероятно, важен для памяти и обучения. nNOS выполняет множество других физиологических функций, включая регуляцию сердечной функции и перистальтики, а также сексуальное возбуждение у мужчин и женщин. Альтернативно сплайсированная форма nNOS представляет собой основной мышечный белок, который производит сигналы в ответ на высвобождение кальция из SR. nNOS в сердце защищает от сердечной аритмии, вызванной инфарктом миокарда.
Первичным приемником NO, продуцируемого eNOS и nNOS, является растворимая гуанилатциклаза, но было идентифицировано множество вторичных мишеней. S-нитрозилирование, по-видимому, является важным механизмом действия.
Индуцибельная изоформа iNOS продуцирует большие количества NO в качестве защитного механизма. Он синтезируется многими типами клеток в ответ на цитокины и является важным фактором в реакции организма на атаку паразитов, бактериальную инфекцию и рост опухоли. Он также является причиной септического шока и может играть роль во многих заболеваниях аутоиммунной этиологии.
Передача сигналов NOS участвует в развитии и оплодотворении позвоночных. Он вовлечен в переходы между вегетативным и репродуктивным состояниями у беспозвоночных, а также в дифференциацию, ведущую к образованию спор в слизистой плесени. NO, продуцируемый бактериальными NOS, защищает от окислительного повреждения.
Различные члены семейства NOS кодируются отдельными генами. У млекопитающих известны три изоформы: две конститутивные (cNOS) и третья индуцибельная (iNOS). Клонирование ферментов NOS указывает на то, что cNOS включают как конститутивные (NOS1 ), так и эндотелиальные (NOS3 ); третий - индуцибельный (NOS2 ) ген. Недавно активность NOS была продемонстрирована у нескольких видов бактерий, в том числе у известных патогенов Bacillus anthracis и Staphylococcus aureus.
Различные формы NO-синтазы были классифицированы следующим образом:
| Название | Ген (ы) | Местоположение | Функция |
| Нейроны БДУ (nNOS или NOS1) | NOS1 (Хромосома 12) |
|
|
| Индуцибельная БДУ (iNOS или БДУ2) Нечувствительность к кальцию | БДУ2 (Хромосома 17) |
| |
| Эндотелиальная БДУ (eNOS или NOS3 или cNOS) | NOS3 (Хромосома 7) | ||
| Бактериальная БДУ (bNOS) | множественные |
|
|
нейрональная NOS (nNOS) продуцирует NO в нервной ткани как в центральной, так и в центральной ipheral нервная система. Его функции включают:
Нейрональная БДУ также играет роль в клеточной коммуникации и связана с плазматическими мембранами. Действие nNOS может быть ингибировано NPA (N-пропил-L-аргинин ). Эта форма фермента специфически ингибируется 7-нитроиндазолом.
. Субклеточная локализация nNOS в скелетных мышцах опосредуется закреплением nNOS на дистрофине. nNOS содержит дополнительный N-концевой домен, домен PDZ.
. Ген, кодирующий nNOS, расположен на хромосоме 12.
В отличие от критически важного кальций-зависимого регуляции конститутивных ферментов NOS (nNOS и eNOS) iNOS был описан как нечувствительный к кальцию, вероятно, из-за его тесного нековалентного взаимодействия с кальмодулином (CaM) и Ca. Ген, кодирующий iNOS, расположен на хромосоме 17. Хотя доказательства «базовой» экспрессии iNOS неуловимы, IRF1 и NF-κB -зависимая активация индуцибельного промотора NOS поддерживает стимуляция этого транскрипта, опосредованная воспалением. iNOS продуцирует большие количества NO при стимуляции, например, провоспалительными цитокинами (например, Интерлейкин-1, фактор некроза опухоли альфа и Интерферон гамма ).
Индукция высокопроизводительного iNOS обычно происходит в окислительной среде, и, таким образом, высокие уровни NO имеют возможность реагировать с супероксидом, что приводит к образованию пероксинитрита и токсичности для клеток. может определять роль iNOS в иммунитете хозяина, делая возможным его участие в антимикробной и противоопухолевой активности как части окислительного взрыва макрофагов.
Было высказано предположение, что патологическое образование оксида азота за счет увеличения продукции iNOS может уменьшить трубные сокращения ресничек и сокращения гладких мышц и, таким образом, повлиять на транспорт эмбриона, что может, следовательно, привести к внематочной беременности.
Эндотелиальная БДУ (eNOS), также известная как синтаза оксида азота 3 (NOS3), генерирует NO в крови d сосудов и участвует в регуляции функции сосудов. Ген, кодирующий eNOS, расположен на хромосоме 7. Конститутивная Са-зависимая NOS обеспечивает базальное высвобождение NO. eNOS связан с «кавеолами», компонентом плазматических мембран, окружающих клетки, и мембран тел Гольджи внутри клеток. Локализация eNOS на эндотелиальных мембранах опосредуется котрансляционным N-концевым миристоилированием и посттрансляционным пальмитоилированием.
Бактериальная NOS (bNOS), как было показано, защищает бактерии от окислительного стресс, различные антибиотики и иммунный ответ хозяина. bNOS играет ключевую роль в транскрипции супероксиддисмутазы (SodA). Бактерии на поздних этапах логарифмической фазы, которые не обладают bNOS, не могут активировать SodA, что отключает защиту от вредного окислительного стресса. Первоначально bNOS мог присутствовать для подготовки клетки к стрессовым условиям, но теперь, похоже, помогает защитить бактерии от обычных антимикробных препаратов. В качестве клинического применения ингибитор bNOS может быть получен для уменьшения количества грамположительных бактерий.
Синтазы оксида азота продуцируют NO, катализируя пятиэлектронное окисление азота гуанидино L -аргинин (L -Arg). Окисление L -Arg до L -цитруллина происходит посредством двух последовательных реакций монооксигенирования с образованием N-гидрокси- L -аргинина (NOHLA) в качестве промежуточного соединения. 2 моль O 2 и 1,5 моль NADPH расходуются на моль образовавшегося NO.
Ферменты существуют в виде гомодимеров. У эукариот каждый мономер состоит из двух основных областей: N-концевого оксигеназного домена, который принадлежит к классу гем-тиолатных белков, и многодоменной C-концевой редуктазы, который гомологичен НАДФН: цитохром Р450 редуктаза (EC 1.6.2.4 ) и другим флавопротеинам. Связывающий домен FMN гомологичен флаводоксинам, а двухдоменный фрагмент, содержащий сайты связывания FAD и NADPH, гомологичен флаводоксин-NADPH-редуктазам. Междоменный линкер между доменами оксигеназы и редуктазы содержит кальмодулин -связывающую последовательность. Оксигеназный домен представляет собой уникальную расширенную клетку бета-листов с сайтами связывания для гема и птерина.
БДУ могут быть димерными, кальмодулин-зависимыми или кальмодулинсодержащими цитохром p450 -подобными гемопротеинами, которые объединяют каталитические домены редуктазы и оксигеназы в одном димер, несут как флавинадениндинуклеотид (FAD), так и флавинмононуклеотид (FMN), и осуществляют 5'-электронное окисление неароматической аминокислоты аргинина с помощью тетрагидробиоптерина.
Все три изоформы (каждая из которых предположительно функционирует как гомодимер во время активации) имеют общий гомологичный карбоксиконцевой домен редуктазы к редуктазе цитохрома P450. Они также имеют общий амино-конец, содержащий гем простетическую группу, которая связана в середине белка с кальмодулином - связывающий домен. Связывание кальмодулина, по-видимому, действует как «молекулярный переключатель», позволяющий передавать электрон от простетических групп флавина в домене редуктазы к гему. Это облегчает превращение O 2 и L -аргинина в NO и L -цитруллин. Оксигеназный домен каждой изоформы NOS также содержит простетическую группу BH 4, которая требуется для эффективного образования NO. В отличие от других ферментов, где BH 4 используется в качестве источника восстанавливающих эквивалентов и рециклируется дигидробиоптеринредуктазой (EC 1.5.1.33 ), BH 4 активирует гем -связанный O 2 путем передачи одного электрона, который затем повторно захватывается, чтобы обеспечить высвобождение оксида азота.
Первая идентифицированная синтаза оксида азота была обнаружена в нейрональной ткани (NOS1 или nNOS); эндотелиальная БДУ (eNOS или NOS3) была третьей, которую идентифицировали. Первоначально они были классифицированы как «конститутивно экспрессируемые» и «Ca-чувствительные», но теперь известно, что они присутствуют во многих различных типах клеток и что экспрессия регулируется в определенных физиологических условиях.
В NOS1 и NOS3 физиологические концентрации Са в клетках регулируют связывание кальмодулина с «фиксирующими доменами», тем самым инициируя перенос электронов от флавинов к гему <157.>фрагменты. Напротив, кальмодулин остается прочно связанным с индуцибельной и нечувствительной к кальцию изоформой (iNOS или NOS2) даже при низкой внутриклеточной активности кальция, действуя по существу как субъединица этой изоформы.
Оксид азота может сам по себе регулировать экспрессию и активность NOS. В частности, было показано, что NO играет важную отрицательную обратную связь регулирующую роль в отношении NOS3 и, следовательно, функции эндотелиальных клеток сосудов. Этот процесс, официально известный как S-нитрозирование (и называемый многими специалистами в этой области как S-нитрозилирование), обратимо ингибирует активность NOS3 в эндотелиальных клетках сосудов. Этот процесс может быть важным, потому что он регулируется клеточными окислительно-восстановительными условиями и может, таким образом, обеспечивать механизм связи между «окислительным стрессом» и эндотелиальной дисфункцией. В дополнение к NOS3 было обнаружено, что как NOS1, так и NOS2 являются S-нитрозированными, но доказательства динамической регуляции этих изоформ NOS с помощью этого процесса менее полны. Кроме того, как NOS1, так и NOS2, как было показано, образуют железо-нитрозильные комплексы в своих простетических группах гема, которые могут действовать частично, самоинактивируя эти ферменты при определенных условиях. Ограничивающей скорость стадией производства оксида азота вполне может быть доступность L -аргинина в некоторых типах клеток. Это может быть особенно важно после индукции NOS2.
(VAS-203), также известные как 4-амино-тетрагидробиоптерин (4-ABH 4), аналог BH 4 (кофактор NOS) представляет собой ингибитор NOS, который находится в стадии разработки в качестве нейропротекторного агента для лечения черепно-мозговой травмы. [ 1] Другие ингибиторы NOS, которые были или исследуются на предмет возможного клинического применения, включают,, и, среди прочего.
