Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Синтаза оксида азота
1nsi.png
Индуцибельная синтаза оксида азота человека. PDB 1nsi
Идентификаторы
Номер ЕС1.14.13.39
Количество CAS125978-95-2
Базы данных
IntEnzПросмотр IntEnz
BRENDABRENDA запись
ExPASyПросмотр NiceZyme
КЕГГЗапись в KEGG
MetaCycметаболический путь
ПРИАМпрофиль
Структуры PDB RCSB PDB PDBe PDBsum
Генная онтологияAmigo / QuickGO
Поиск
ЧВКстатьи
PubMedстатьи
NCBIбелки
Синтаза оксида азота, оксигеназный домен
Оксид азота Synthase.png
Строение гемового домена эндотелиальной синтазы оксида азота. [1]
Идентификаторы
СимволNO_synthase
PfamPF02898
ИнтерПроIPR004030
SCOP21nos / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры

Синтазы оксида азота ( EC 1.14.13.39 ) ( NOS ) представляют собой семейство ферментов, катализирующих производство оксида азота (NO) из L-аргинина . NO - важная клеточная сигнальная молекула. Он помогает регулировать тонус сосудов , секрецию инсулина , тонус дыхательных путей и перистальтику , а также участвует в ангиогенезе и нервном развитии. Он может функционировать как ретроградный нейромедиатор . Окись азота опосредованный у млекопитающих с помощью кальция - кальмодулин контролируются изоферментыeNOS (эндотелиальный NOS) и nNOS (нейрональный 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 из септического шока и может функционировать в аутоиммунном заболевании.

NOS катализирует реакцию: [2]

  • 2 L- аргинин + 3 НАДФН + 3 H + + 4 O 2 2 цитруллин + 2 оксида азота + 4 H 2 O + 3 НАДФ +

Изоформы NOS катализируют другие утечки и побочные реакции, такие как образование супероксида за счет NADPH. По существу, эта стехиометрия обычно не наблюдается и отражает три электрона, поставляемых НАДФН на NO.

БДУ необычны тем, что для них требуется пять кофакторов . Изоферменты NOS эукариот каталитически самодостаточны. Электронный поток в реакции NO-синтазы: НАДФН → ФАД → ФМН → гем → O 2 . 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 . [цитата необходима ]

Распространение видов [ править ]

Синтез NO на основе аргинина был идентифицирован у млекопитающих, рыб, птиц, беспозвоночных и бактерий. [3] Наиболее изучены млекопитающие, у которых три различных гена кодируют изоферменты NOS : нейрональные (nNOS или NOS-1), цитокин- индуцибельные (iNOS или NOS-2) и эндотелиальные (eNOS или NOS-3). [2] iNOS и nNOS растворимы и обнаруживаются преимущественно в цитозоле , в то время как eNOS ассоциирован с мембраной. Были обнаружены доказательства передачи сигналов NO в растениях, но геномы растений лишены гомологов суперсемейства, которое генерирует NO в других царствах.

Функция [ править ]

У млекопитающих изоформа эндотелия является основным генератором сигналов для контроля сосудистого тонуса, секреции инсулина и тонуса дыхательных путей, участвует в регуляции сердечной функции и ангиогенеза (рост новых кровеносных сосудов). Было показано, что NO, продуцируемый eNOS, является сосудорасширяющим средством, идентичным производному эндотелия релаксирующему фактору, продуцируемому в ответ на сдвиг в результате 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:

  • Повышенный внутриклеточный цГМФ, который ингибирует проникновение кальция в клетку и снижает внутриклеточные концентрации кальция
  • Активация K + каналов, приводящая к гиперполяризации и релаксации.
  • Стимулирует cGMP-зависимую протеинкиназу, которая активирует фосфатазу легких цепей миозина , фермент, дефосфорилирующий легкие цепи миозина , что приводит к расслаблению гладких мышц.

eNOS играет критическую роль в эмбриональном развитии сердца и морфогенезе коронарных артерий и сердечных клапанов. [4]

Изоформа нейронов участвует в развитии нервной системы. 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, перистальтики и сексуального возбуждения 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. [5]

Первичным приемником NO, продуцируемого eNOS и nNOS, является растворимая гуанилатциклаза, но были идентифицированы многие вторичные мишени. S-нитрозилирование, по-видимому, является важным механизмом действия.

Индуцибельная изоформа iNOS продуцирует большое количество NO в качестве защитного механизма. Он синтезируется многими типами клеток в ответ на цитокины и является важным фактором реакции организма на атаку паразитов, бактериальную инфекцию и рост опухоли. Это также причина септического шока и может играть роль во многих заболеваниях аутоиммунной этиологии.

Передача сигналов NOS участвует в развитии и оплодотворении позвоночных. Он был 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.

Классификация [ править ]

Различные члены семейства NOS кодируются отдельными генами. [6] У млекопитающих известны три изоформы: две конститутивные (cNOS) и третья индуцибельная (iNOS). [7] Клонирование ферментов NOS указывает на то, что cNOS включают как конститутивные элементы мозга ( NOS1 ), так и конститутивы эндотелия ( NOS3 ); третий - индуцибельный ( NOS2 ) ген. [7] Недавно активность NOS была продемонстрирована у нескольких видов бактерий, включая печально известные патогены Bacillus anthracis и Staphylococcus aureus. [8]

Различные формы NO-синтазы были классифицированы следующим образом:

ИмяГен (ы)Место расположенияФункция
Нейрональная БДУ (nNOS или NOS1)NOS1 (хромосома 12)
  • нервная ткань
  • скелетные мышцы II типа
  • несколько функций (см. ниже)
Индуцируемые БДУ (iNOS или NOS2)

Нечувствителен к кальцию

NOS2 (хромосома 17)
  • иммунная система
  • сердечно-сосудистая система
  • иммунная защита от патогенов
Эндотелиальная БДУ (eNOS или NOS3 или cNOS)NOS3 (хромосома 7)
  • эндотелий
  • расширение сосудов
Бактериальная БДУ (bNOS)несколько
  • различные грамположительные бактерии
  • защита от окислительного стресса , антибиотики , иммунная атака

nNOS [ править ]

Нейрональная NOS (nNOS) продуцирует NO в нервной ткани как в центральной, так и в периферической нервной системе . В его функции входят: [9]

  • Синаптическая пластичность в центральной нервной системе (ЦНС)
  • Расслабление гладкой мускулатуры
  • Центральная регуляция артериального давления
  • Расширение сосудов через периферические нитрергические нервы

Нейрональная БДУ также играет роль в клеточной коммуникации и связана с плазматическими мембранами. Действие nNOS может подавляться NPA ( N-пропил-L-аргинин ). Эта форма фермента специфически ингибируется 7-нитроиндазолом . [10]

Субклеточная локализация nNOS в скелетных мышцах опосредуется прикреплением nNOS к дистрофину . nNOS содержит дополнительный N-концевой домен, домен PDZ . [11]

Ген, кодирующий nNOS, расположен на хромосоме 12. [12]

iNOS [ править ]

В отличие от критической кальций-зависимой регуляции конститутивных ферментов NOS (nNOS и eNOS), iNOS была описана как нечувствительная к кальцию, вероятно, из-за ее тесного нековалентного взаимодействия с кальмодулином (CaM) и Ca 2+ . Ген, кодирующий iNOS, расположен на хромосоме 17. [12] Хотя доказательства «базовой» экспрессии iNOS были неуловимы, IRF1 и NF-κB- зависимая активация индуцибельного промотора NOS поддерживает стимуляцию этого транскрипта, опосредованную воспалением. iNOS производит большое количество NO при стимуляции, например, провоспалительными цитокинами (например, интерлейкином-1 , фактором некроза опухоли альфа и интерфероном гамма).). [13]

Индукция iNOS с высоким выходом 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. Эти свойства могут определять роль iNOS в иммунитете хозяина, делая возможным его участие в антимикробной и противоопухолевой активности как части окислительного взрыва макрофагов. [14]

Было высказано предположение , что патологическое образование оксида азота путем увеличение производства Inos может уменьшить маточные цилиарные удары и гладкие мышечные сокращения , и , таким образом , влияет на эмбрион транспорта, который может , следовательно , привести к внематочной беременности . [15]

eNOS [ править ]

Основная статья: Эндотелиальный БДУ

Эндотелиальная NOS (eNOS), также известная как синтаза оксида азота 3 (NOS3), генерирует NO в кровеносных сосудах и участвует в регуляции функции сосудов. Ген, кодирующий eNOS, расположен на хромосоме 7. [12] Конститутивная Ca 2+ -зависимая NOS обеспечивает базальное высвобождение NO. eNOS связан с «кавеолами», компонентом плазматических мембран, окружающих клетки, и мембран тельцов Гольджи внутри клеток. Локализация eNOS на эндотелиальных мембранах опосредуется котрансляционным N-концевым миристоилированием и посттрансляционным пальмитоилированием . [16]

bNOS [ править ]

Бактериальная NOS (bNOS), как было показано, защищает бактерии от окислительного стресса, различных антибиотиков и иммунного ответа хозяина. bNOS играет ключевую роль в транскрипции супероксиддисмутазы (SodA). Бактерии на поздних этапах логарифмической фазы, не обладающие 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 противомикробных препаратов. В качестве клинического применения ингибитор bNOS может быть получен для уменьшения количества грамположительных бактерий. [17] [18]

Химическая реакция [ править ]

Синтазы оксида азота продуцируют NO, катализируя пятиэлектронное окисление гуанидинового азота L- аргинина ( L- Arg). Окисление L- Arg до L- цитруллина происходит через две последовательные реакции монооксигенирования с образованием N ω -гидрокси- L- аргинина (NOHLA) в качестве промежуточного соединения. На моль образовавшегося NO расходуется 2 моль O 2 и 1,5 моль НАДФН. [2]

Структура [ править ]

Ферменты существуют в виде гомодимеров. У эукариот каждый мономер, состоящий из двух основных областей: N-концевого домена оксигеназы , который принадлежит к классу гем-тиолатных белков, и многодоменной C-концевой редуктазы , гомологичной NADPH: редуктазы цитохрома P450 ( EC 1.6.2.4 ) и другие флавопротеины. 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 последовательность, связывающую кальмодулин . Домен оксигеназы представляет собой уникальную расширенную клетку бета-листов с сайтами связывания для гема и птерина.

NOS могут быть димерным , кальмодулин-зависимым или кальмодулин-содержащим цитохромом p450- подобным гемопротеином, который объединяет каталитические домены редуктазы и оксигеназы в один димер, несут как флавинадениндинуклеотид (FAD), так и флавинмононуклеотид (FMN), и выполняют 5'- электронное окисление неароматической аминокислоты аргинина с помощью тетрагидробиоптерина. [19]

Все три изоформы (каждая из которых, как предполагается, действует как гомодимер во время активации) имеют общий карбоксиконцевой домен редуктазы, гомологичный редуктазе цитохрома P450 . Они также имеют общий амино-концевой домен оксигеназы, содержащий простетическую группу гема , которая связана в середине белка с кальмодулин- связывающим доменом. Связывание кальмодулина, по-видимому, действует как «молекулярный переключатель», обеспечивающий поток электронов от простетических групп флавина в домене редуктазы к гему. Это способствует превращению O 2 и L- аргинина в NO.и L- цитруллин. Оксигеназный домен каждой изоформы NOS также содержит простетическую группу BH 4 , которая необходима для эффективной генерации 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 связанный с гемом O 2 , отдавая один электрон, который затем повторно захватывается для высвобождения оксида азота. .

Первая идентифицированная синтаза оксида азота была обнаружена в нейрональной ткани (NOS1 или nNOS); эндотелиальной NOS (Енос или NOS3) был третьим , чтобы быть идентифицированы. Первоначально они были классифицированы как «конститутивно экспрессируемые» и « чувствительные к Ca 2+ », 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 Ca 2+ в клетках регулируют связывание кальмодулина с «защелкивающимися доменами», тем самым инициируя перенос электронов от флавинов к гемовым фрагментам. Напротив, кальмодулин остается прочно связанным с индуцибельной и нечувствительной к Ca 2+ изоформой (iNOS или NOS2) даже при низкой внутриклеточной активности Ca 2+ , 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 регуляторную роль по отрицательной обратной связи в отношении NOS3 и, следовательно, функции эндотелиальных клеток сосудов. [20] Этот процесс, формально известный как S- нитрозирование (и называемый многими специалистами в этой области как S- нитрозилирование), как было показано, обратимо ингибирует активность NOS3 в эндотелиальных клетках сосудов. Этот процесс может быть важным, потому что он регулируется клеточными окислительно-восстановительными условиями и, таким образом, может обеспечивать механизм связи между «окислительным стрессом» и эндотелиальной дисфункцией. В дополнение к NOS3, как NOS1, так и NOS2 оказались S-нитрозирован, но доказательства динамической регуляции этих изоформ NOS с помощью этого процесса менее полны [ цитата необходима ] . 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 [ цитата необходима ] . Ограничивающей скорость стадией производства оксида азота вполне может быть доступность L- аргинина в некоторых типах клеток. Это может быть особенно важно после индукции NOS2.

Ингибиторы [ править ]

Роноптерин (VAS-203), также известный как 4-амино-тетрагидробиоптерин (4-ABH 4 ), аналог BH 4 (кофактор NOS), представляет собой ингибитор NOS, который разрабатывается в качестве нейрозащитного агента для лечения черепно-мозговая травма . [1] Другие ингибиторы NOS, которые были или исследуются на предмет возможного клинического применения, включают циндунистат , A-84643 , ONO-1714 , L-NOARG , NCX-456 , VAS-2381 , GW-273629 , NXN -462 , CKD- 712 , КД-7040и гуанидиноэтилдисульфид среди других.

См. Также [ править ]

  • Биологические функции оксида азота
  • Синтаза оксида азота (NAD (P) H-зависимая)
  • Синтаза оксида азота 2 (индуцибельная)

Ссылки [ править ]

  1. ^ PDB : 3N5P ; Делкер С.Л., Сюэ Ф., Ли Х., Джамал Дж., Сильверман РБ, Поулос Т.Л. (декабрь 2010 г.). «Роль цинка в связывании селективного ингибитора изоформы с нейрональной синтазой оксида азота» . Биохимия . 49 (51): 10803–10. DOI : 10.1021 / bi1013479 . PMC  3193998 . PMID  21138269 .
  2. ^ a b c Ноулз Р.Г., Moncada S (март 1994 г.). «Синтазы оксида азота у млекопитающих» . Биохим. Дж . 298 (2): 249–58. DOI : 10.1042 / bj2980249 . PMC 1137932 . PMID 7510950 .  
  3. Перейти ↑ Liu Q, Gross SS (1996). «Сайты связывания синтаз оксида азота». Meth. Энзимол . Методы в энзимологии. 268 : 311–24. DOI : 10.1016 / S0076-6879 (96) 68033-1 . ISBN 9780121821692. PMID  8782597 .
  4. Перейти ↑ Liu Y, Feng Q (июль 2012 г.). «NOing the heart: роль синтазы оксида азота-3 в развитии сердца». Дифференциация . 84 (1): 54–61. DOI : 10.1016 / j.diff.2012.04.004 . PMID 22579300 . 
  5. ↑ Burger DE, Lu X, Lei M, Xiang FL, Hammoud L, Jiang M, Wang H, Jones DL, Sims SM, Feng Q (октябрь 2009 г.). «Нейрональная синтаза оксида азота защищает от вызванной инфарктом миокарда желудочковой аритмии и смертности мышей» . Тираж . 120 (14): 1345–54. DOI : 10.1161 / CIRCULATIONAHA.108.846402 . PMID 19770398 . 
  6. ^ Тейлор Б. С., Ким Ю. М., Ван Q, Шапиро Р.А., Billiar TR, Геллер Д.А. (ноябрь 1997 года). «Оксид азота подавляет экспрессию генов синтазы оксида азота, индуцируемой гепатоцитами». Arch Surg . 132 (11): 1177–83. DOI : 10,1001 / archsurg.1997.01430350027005 . PMID 9366709 . 
  7. ^ a b Stuehr DJ (май 1999 г.). «Синтазы оксида азота млекопитающих». Биохим. Биофиз. Acta . 1411 (2–3): 217–30. DOI : 10.1016 / S0005-2728 (99) 00016-X . PMID 10320659 . 
  8. ^ Гусаров I, Стародубцева М, Ван ZQ, МакКвейд L, Липпард SJ, Stuehr DJ, Нудлер E (май 2008). «Бактериальные синтазы оксида азота работают без специального редокс-партнера» . J. Biol. Chem . 283 (19): 13140–7. DOI : 10.1074 / jbc.M710178200 . PMC 2442334 . PMID 18316370 .  
  9. ^ Фёрстерманн, Ульрих; Сесса, Уильям (апрель 2012 г.). «Синтазы оксида азота: регуляция и функция» . Европейский журнал сердца . 33 (7): 829–837. DOI : 10.1093 / eurheartj / ehr304 . PMC 3345541 . PMID 21890489 .  
  10. ^ Southan GJ, Сабо C (февраль 1996). «Селективное фармакологическое ингибирование отдельных изоформ синтазы оксида азота». Биохим. Pharmacol . 51 (4): 383–94. DOI : 10.1016 / 0006-2952 (95) 02099-3 . PMID 8619882 . 
  11. ^ Понтинг CP, Phillips C (март 1995). «Домены DHR в синтрофинах, нейрональных синтазах NO и других внутриклеточных белках». Trends Biochem. Sci . 20 (3): 102–3. DOI : 10.1016 / S0968-0004 (00) 88973-2 . PMID 7535955 . 
  12. ^ a b c Ноулз Р.Г., Moncada S (март 1994 г.). «Синтазы оксида азота у млекопитающих» . Биохим. Дж . 298 (2): 249–58. DOI : 10.1042 / bj2980249 . PMC 1137932 . PMID 7510950 .  
  13. ↑ Green SJ, Scheller LF, Marletta MA, Seguin MC, Klotz FW, Slayter M, Nelson BJ, Nacy CA (декабрь 1994). «Оксид азота: цитокиновая регуляция оксида азота при устойчивости хозяина к внутриклеточным патогенам» (PDF) . Иммунол. Lett . 43 (1–2): 87–94. DOI : 10.1016 / 0165-2478 (94) 00158-8 . ЛВП : 2027,42 / 31140 . PMID 7537721 .  
  14. ^ Mungrue IN, Хусайн M, Stewart DJ (октябрь 2002). «Роль БДУ при сердечной недостаточности: уроки генетических моделей мышей». Сердце Сбой Rev . 7 (4): 407–22. DOI : 10.1023 / а: 1020762401408 . PMID 12379825 . 
  15. ^ Al-Azemi M, Refaat B, Amer S, Ola B, Chapman N, Ledger W (август 2010). «Экспрессия индуцибельной синтазы оксида азота в фаллопиевых трубах человека во время менструального цикла и при внематочной беременности». Fertil. Стерил . 94 (3): 833–40. DOI : 10.1016 / j.fertnstert.2009.04.020 . PMID 19482272 . 
  16. Перейти ↑ Liu J, Hughes TE, Sessa WC (июнь 1997 г.). «Первые 35 сайтов аминокислот и ацилирования жиров определяют молекулярное нацеливание эндотелиальной синтазы оксида азота в область клеток Гольджи: исследование зеленого флуоресцентного белка» . J. Cell Biol . 137 (7): 1525–35. DOI : 10,1083 / jcb.137.7.1525 . PMC 2137822 . PMID 9199168 .  
  17. ^ Гусаров I, Нудлер E (сентябрь 2005). «NO-опосредованная цитопротекция: мгновенная адаптация бактерий к окислительному стрессу» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 102 (39): 13855–60. DOI : 10.1073 / pnas.0504307102 . PMC 1236549 . PMID 16172391 .  
  18. ^ Гусаров I, Шаталин К, Стародубцева М, Нудлер E (сентябрь 2009). «Эндогенный оксид азота защищает бактерии от широкого спектра антибиотиков» . Наука . 325 (5946): 1380–4. DOI : 10.1126 / science.1175439 . PMC 2929644 . PMID 19745150 .  
  19. ^ Chinje EC, Stratford IJ (1997). «Роль оксида азота в росте солидных опухолей: балансирующее действие». Очерки Биохимии . 32 : 61–72. PMID 9493011 . 
  20. ^ Kopincová, Яна; Пужерова, Анжелика; Бернатова, Ивета (01.06.2011). «Биохимические аспекты регуляции обратной связи синтазы оксида азота оксидом азота» . Междисциплинарная токсикология . 4 (2): 63–8. DOI : 10.2478 / v10102-011-0012-Z . ISSN 1337-9569 . PMC 3131676 . PMID 21753901 .   

Внешние ссылки [ править ]

  • Азот + оксид + синтаза в медицинских предметных рубриках Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
  • Нобелевская премия по физиологии и медицине 1998 г.
  • Эдинбургский университет, Школа химии - NO Synthase
  • Синтаза оксида азота в протеопедии