Войти
Газообразные сигнальные молекулы - это газообразные молекулы, которые либо синтезируется внутренне (эндогенно ) в организме, ткани или клетке или поступает в организм, ткань или клетку извне ( например, из атмосферы или гидросферы, как в случае кислорода ), которые используются для передачи химических сигналов, которые вызывают физиологические или биохимические изменения в организме, ткани или сотовый. Этот применяют, например, к кислороду, диоксиду углерода, оксиду азота, монооксиду углерода, сероводороду, диоксид серы, закись азота, цианистый водород, аммиак, метан, водород, этилен и т. Д.
Многие, но не все, газообразные сигнальные молекулы называются газотрансмиттерами .
Биологическая роль каждой из газовых сигнальных молекул заключается в кратко изложено ниже.
Газопередатчики - это подсемейство эндогенных молекул газов или газообразных сигнальных молекул, включая NO, CO, H. 2S. Эти большие газы имеют много общих черт в их производстве и функции, которые отличаются от классических молекул в человеческом теле. В 1981 году на основе клинических исследований закиси азота было предположено, что газ оказывает прямое действие на фармакологические рецепторы и таким образом, как нейротрансмиттер. Эксперименты in vitro подтвердили эти наблюдения, которые позже были воспроизведены в NIDA.
Терминология и характеристики «газотрансмиттер» были введены впервые в 2002 году. Для того, чтобы одна молекула газа была отнесена к категории газотрансмиттеров, выполняются все следующие категории
В 2011 году была сформирована Европейская сеть по газопередатчикам (ENOG). Целью сети является содействие исследованиям NO, CO и H. 2S, чтобы лучше понять биологию газотрансмиттеров и выяснить роль каждого медиатора в здоровье и болезнях. Более того, сеть предлагает свой вклад в перевод фундаментальных научных знаний в этой области исследований в терапевтические или диагностические инструменты.
Двуокись углерода является одним из медиаторов местной ауторегуляции кровоснабжения. Если его уровни высоки, капилляры расширяются, расширяются больший приток крови к этой ткани.
Ионы бикарбоната имеют решающее значение для регулирования pH крови. Частота дыхания человека влияет на уровень CO 2 в его крови. Слишком медленное или поверхностное дыхание вызывает респираторный ацидоз, чрезмерное дыхание приводит к гипервентиляции, которая может вызвать респираторный алкалоз.
, хотя организму требуется кислород для метаболизм, низкий уровень кислорода обычно не стимулирует дыхание. Скорее, дыхание стимулирует более высокий уровеньми углекислого газа.
Дыхательные центры поддерживают артериальное давление CO 2 на уровне 40 мм рт. При преднамеренной гипервентиляции содержание CO 2 в артериальной крови может быть снижено до 10–20 мм рт.ст. (содержание кислорода в крови мало противопуто), а дыхательная активность снижена. Вот почему после гипервентиляции можно задерживать дыхание дольше, чем без гипервентиляции. Это сопряжено с риском потери до сознания того, как потребность дышать станет непреодолимой, поэтому гипервентиляция особенно опасна перед фридайвингом.
NO является одной из немногих известных газовых сигнальных молекул, кроме того, исключительным из-за, что это радикальный газ. Это ключевой позвоночное биологический посредник, играющая роль во множестве биологических процессов. Это известный биопродукт почти всех типов организмов, бактерий до растений, грибов и клеток животных.
Оксид азота, известный как «релаксирующий фактор, производимый эндотелием », или «EDRF», биосинтезируется эндогенно из L-аргинина, кислорода и НАДФН с помощью различных синтаз оксида азота (БДУ) ферменты. Восстановление неорганического нитрата также может служить для образования оксида азота. эндотелий (внутренняя оболочка) кровеносных сосудов использует оксид азота, чтобы дать сигнал окружающим гладким мышцам расслабиться, что приводит к расширению сосудов и усиление кровотока. Оксид обладает высокой реакционной способностью (службы предоставляет несколько секунд), но при этом свободно действует через мембраны. Эти свойства делают оксид азота идеальным для транзиторной паракринной (между соседними клетками) и аутокринной (в пределах одной клетки) сигнальной молекулы.
Независимо от азотной кислоты. Оксидсинтаза, альтернативный путь, изобрел путь нитрат-нитрит-оксид азота, повышающий уровень оксида азота за счет последовательного снижения диетического нитрата, полученного из продуктов растительного происхождения. Было показано, что богатые нитратами овощи, в частности листовая зелень, такие как шпинат и руккола и свекла, повышают кардиозащитный уровень оксида азота с понижением артериального давления у гипертоников. Чтобы запустить вырабатывал оксид азота по пути нитрат-нитрит-оксид азота, восстановление нитрата до нитрита происходит во рту с помощью бактерий-комменсалов, что является обязательным и необходимым этапом. Мониторинг статуса оксида азота с помощью анализа слюны определяет биоконверсию нитрата растительного происхождения в оксид азота. Повышение слюны свидетельствует о диетах, богатых листовыми овощами, которые часто используются в антигипертензивных диетах, таких как диета DASH.
Производство оксида азота повышено для групп населения, живущих на больших высотах, что помогает им люди избегают уровня гипоксии, улучшая легочную сосудистую сеть вазодилатацию. Эффекты включают вазодилатацию, нейротрансмиссию, модуляцию цикла волос, выработку реактивных промежуточных соединений азота и эрекцию полового члена (благодаря его способностям расширить сосуды ). Нитроглицерин и амилнитрит растения вазодилататорами, поскольку в организме они превращаются в оксид азота. Сосудорасширяющий антигипертензивный препарат миноксидил содержит группу NO и может действовать как агонист NO. Аналогичным образом цитрат силденафила, широко известный под торговым названием Виагра, стимулирует эрекцию, прежде всего, путем усиления сигналов через путь оксида азота в половом члене.
Оксид азота (NO) способствует гомеостазу сосудов, ингибируя сокращение и рост гладких мышц сосудов, агрегацию тромбоцитов и адгезию лейкоцитов к эндотелию. Люди с атеросклерозом, диабетом или гипертонией часто обнаруживают нарушение путей NO. У пациентов с низким энергопотреблением используется низкое энергопотребление.
Оксид азота также вырабатывается фагоцитами (моноцитами, макрофагами и нейтрофилы ) как часть человеческого иммунного ответа. Фагоциты вооружены индуцибельной синтазой оксида азота (iNOS), которая активируется гамма-интерфероном (IFN-γ) в виде одиночного сигнала или фактором некроза опухоли (TNF) вместе со вторым сигналом. С другой стороны, трансформирующий фактор роста-бета (TGF-β) обеспечивает сильный ингибирующий сигнал для iNOS, тогда как интерлейкин -4 (IL-4) и IL-10 обеспечивает слабый тормозящие сигналы. Таким образом, иммунная система может регулировать ресурсы фагоцитов, которые играют роль в воспалении и иммунных ответах. Оксид азота секретируется в виде свободных радикалов при иммунном ответе и токсиченах бактерий и внутриклеточных паразитов, включая Leishmania и малярию ; механизм этого включает повреждение ДНК и разложение центров железа и нитрозильные соединения железа.
В ответ многие бактериальные патогены выработали механизмы устойчивости к оксиду азота. Оксида азота в выдыхаемом воздухе в качестве дыхательного теста при заболеваниях с <102, позволяет оксид азота может иметь провоспалительное действие при таких состояниях, как астма, возрастает интерес к использованию .>дыхательные пути воспаление. Снижение уровней выдыхаемого NO связано с воздействием загрязненного воздуха у велосипедистов и курильщиков, но, в целом, повышенные уровни выдыхаемого NO связаны с воздействием загрязнения воздуха.
Оксид азота может быть реперфузионное повреждение, когда избыточное количество, производимое во время реперфузии (после периода ишемии ), реагирует с супероксидом с образованием повреждающего окислителя пероксинитрита. Напротив, вдыхание оксида азота, как было показано, способствует выживанию и восстановлению после отравления паракватом, который производит повреждающий ткань легкого супероксид и препятствует метаболизму NOS.
В растениях оксид азота может продуцироваться любым из четырех путей: (i) L-аргинин-зависимая синтаза оксида азота (хотя наличие гомологов NOS животных в растениях обсуждается), (ii) плазма мембраносвязанная нитратредуктаза, (iii) митохондриальная цепь переноса электронов или (iv) неферментативные реакции. Это сигнальная молекула, которая действует в основном против окислительного стресса, а также играет роль во взаимодействии с патогенами растений. Было показано, что обработка срезанных цветов и других растений увеличивает время оксидом азота до увядания.
Двумя важными механизмами биологических факторов оксида азота S- нитрозирование тиолы и нитрозилирование новых переходных металлов. S-нитрозирование включает (обратимое) преобразование тиол групп, включаяки цистеина в белках, с образованием S-нитрозотиолов (RSNO). S- Нитрозирование - это механизм динамической посттрансляционной регуляции терроризма или всех основных классов белков. Второй механизм, нитрозилирование, включает связывание NO с ионом переходного металла, такого как железо или медь. В этой функции НЕ включается как нитрозильный лиганд. Типичные случаи включают нитрозилирование гемовых белков, таких как цитохромы, тем самым нарушая нормальную ферментативную активность фермента. Нитрозилированное двухвалентное железо особенно стабильно, так как нитрозильный лиганд связывается с двухвалентным железом (Fe (II)) очень прочно. Гемоглобин является ярким примером гемового белка, который может быть модифицирован НЕТ обоими путями: НЕТ может быть добавлено непосредственно к процессам самозилирования и независимо образовывать S-нитрозотиолы путем S-нитрозирования тиоловых фрагментов.
Существует несколько механизмов, с помощью которых НЕТ влияет на биологию живых клеток. Ним окисление железосодержащих белков, таких как рибонуклеотидредуктаза и аконитаза, активация растворимой гуанилатциклазы, рибозилирование белков ADP, сульфгидрильная группа белка и активация регуляторного фактора железа. Было установлено, что NO активирует клетки крови NF-κB в мононуклеках периферической, важный фактор транскрипции в экспрессии гена iNOS в ответ на воспаление.
Было обнаружено, что NO действует через стимуляцию растворимая гуанилатциклаза, которая представляет собой гетеродимерный фермент с последующим образованием циклического GMP. Циклический GMP активирует протеинкиназу G, который вызывает обратный захват Са и открытие кальциевых калиевых каналов. Падение концентрации Са гарантирует, что киназа легкой цепи миозина (КЛЦМ) не может фосфорилировать молекулу миозина, тем самым останавливая цикл поперечных мостиков и приводя к расслаблению гладкомышечных клеток.
Закись азота в биологических ферментах может быть образовананым или неферментативным восстановлением оксида азота. Исследования in vitro показали, что эндогенная закись азота может образовываться в результате реакции между оксидом азота и тиолом. Некоторые авторы показали, что этот процесс восстановления NO до N 2 O происходит в гепатоцитах, особенно в их цитоплазме и митохондриях, и предположили, что N 2 O может, возможно, продуцироваться в клетках млекопитающих. Хорошо известно, что N 2 O продуцирует существующие бактерии во время процесса, называемого денитрификацией.
Помимо своего прямого и непрямого действия на опиоидные факторы, также было показано, что рецептор N 2 O ингибирует опосредованный рецептор активность и ионные токи NMDA и снижает активность рецептора NMDA - опосредованная эксайтотоксичность и нейродегенерация. Закись азота также ингибирует метионинсинтазу и замедляет превращение гомоцистеина в метионин, увеличивает концентрацию гомоцистеина и снижает концентрацию метионина. Этот эффект былан на культурах клеток лимфоцитов и в образцах биопсии печени человека.
Закись азота не связывается в качестве лиганда с гемом и не реагирует с тиолом -содержащими белки. Тем не менее, исследования показали, что закись азота может обратимо и нековалентно «вставлять» себя во внутренние структуры некоторых гемсодержащих белков таких как гемоглобин, миоглобин, цитохром. оксидазы и изменяют их, изменяют и функцию. Способностьцистеина гемоглобина и частичным и обратимым ингибированием цитохромоксидазы.
Эндогенный азотистый оксид, возможно, может играть роль в модуляции эндогенных опиоидных и систем NMDA.
Окись углерода вырабатывается организмом естественным образом в виде сигнальной молекулы. Таким образом, окись углерода может играть физиологическую роль в организме, например, нейромедиатор или релаксант кровеносных сосудов. Из-за роли окиси углерода в организме, нарушения метаболизма связаны с множеством заболеваний, включаяродегенерации, гипертонию, сердечную недостаточность и воспаление.
Краткое описание функций:
У млекопитающих окись углерода вырабатывается естественным образом в результате действия гемоксигеназы 1 и 2 на гем, образующийся при разложении гемоглобина. В результате этого процесса у нормальных людей образуется определенное количество карбоксигемоглобина, даже если они не дышат угарным газом.
После первого сообщения о том, что окись углерода является нормальным нейромедиатором в 1993 году, а также одним из трех газов, естественным образом модулирующих воспалительные реакции в организме (два других - оксид азота и сероводород ), монооксид углерода получил большое клиническое внимание как биологический регулятор. Известно, что во многих тканях все три газа как противовоспалительные, вазодилататоры и стимулируют неоваскулярный рост. Однако проблемы являются сложными, поскольку неоваскулярный рост не всегда полезен, поскольку он играет роль в росте опухоли, а также в ущербе от влажной дегенерации желтого пятна, заболевания, при котором курение (основной источник углерода монооксида в крови, в несколько раз больше естественного производства) увеличивает риск от 4 до 6 раз.
Существует теория, согласно которой в некоторых нервных клетках синапсах, когда закладываются долговременные воспоминания, принимающая клетка вырабатывает окись углерода, которая обратно- передает в передающую ячейку, сообщая ей, что в будущем будет легче передавать. Было показано, что некоторые из таких нервных клеток содержат гуанилатциклазу, фермент, который активируется монооксидом углерода.
Исследования с участием моноксида углерода проводились во многих лабораториях. мир за его противовоспалительные и цитопротекторные свойства. Эти свойства могут быть использованы для предотвращения развития ряда патологических состояний, включая ишемическое реперфузионное повреждение, отторжение трансплантата, атеросклероз, тяжелый сепсис, тяжелую малярию или аутоиммунитет. Были проведены клинические испытания с участием людей, однако результаты еще не опубликованы.
Это 6- или 8-кольцевые макроциклические полимеры недооксида углерода, которые были обнаружены в живых организмах. Они действуют как эндогенные дигоксиноподобные Na + / K + -АТФ-азы и Са-зависимые ингибиторы АТФ-азы, эндогенные натрийуретики, антиоксиданты и гипотензивные средства Субоксид углерода, C 3O2, могут образовываться в небольших количествах. количества в любом биохимическом процессе, который обычно производит окись углерода, CO, например, во время окисления гема гемоксигеназой-1. Он также может быть образован из малоновой кислоты. Было показано, что субоксид углерода в организме может быстро полимеризоваться в макроциклические поликарбонатные структуры с общей формулой (C 3O2)n(в основном (C 3O2)6и (C 3O2)8)), и что эти макроциклические соединения являются мощными ингибиторами Na / K-АТФ-аза и Са-зависимая АТФ-аза и обладают физиологическими свойствами, подобными дигоксину, а также натрийуретическим и антигипертензивным действием. Эти макроциклические полимерные соединения субоксида углерода считаются эндогенными дигоксиноподобными регуляторами Na / K-АТФ-азы и Са-зависимые АТФ-азы, а также эндогенные натрийуретики и гипотензивные средства. Помимо этого, некоторые авторы считают также, что эти макроциклические соединения недооксида углерода, возможно, могут уменьшать образование свободных радикалов и окислительный стресс и играть роль в эндогенные противораковые защитные механизмы, например, в сетчатке.
Сероводород вырабатывается в небольших количествах некоторыми клетками тела млекопитающих и имеет ряд биологических сигнальные функции онс. (В настоящее время известны только два других таких газа: оксид азота (NO) и оксид углерода (CO).)
Газ получают из цистеина. с помощью ферментов цистатионин-бета-синтазы и цистатионин гамма-лиазы. Он действует каккислорода или аноксии, что приводит к синтезу 1-аминоциклопропан-1-карбоновой кислоты (АСС). ACC транспортируется вверх по растению, а затем окисляется в листьях. Производимый этилен вызывает нервные движения (эпинастию) листьев, возможно, помогая растению терять воду.
Этилен в растении вызывает такие реакции:
Небольшие количества эндогенного этилена также продуцируются у млекопитающих, включая людей, из-за перекисного окисления липидов. Затем часть эндогенного этилена окисляется до этиленоксида, который способен алки ДНК и белки, вкл ючая гемоглобин (образующий специфический аддукт со своим N-концевым валином, N-гидроксиэтил-валином). Эндогенный оксид этилена, так же как и оксид окружающей среды (экзогенный), может алкилировать гуанин в ДНК, образуя аддукт 7- (2-гидроксиэтил) -гуанин, и это создает внутренний канцерогенный риск. Он также является мутагенным.
Среда, относящаяся к газообразным сигнальным молекулам на Wikimedia Commons