Syntaza tlenku azotu

Struktura dimerycznej ludzkiej syntazy tlenku azotu^[1]

Syntaza tlenku azotu (NOS, EC 1.14.13.39) – enzym przeprowadzający reakcję syntezy tlenku azotu(II) z reszty azotowej aminokwasu L-argininy w obecności NADPH i tlenu cząsteczkowego. NOS jest jedynym znanym białkiem enzymatycznym wiążącym się z FAD, FMN, hemem, tetrahydrobiopteryną (BH₄) i kalmoduliną.

Klasyfikacja

Obecności NOS w komórkach jako pierwsi dowiedli w doświadczeniach na króliczych aortach odkrywcy czynnika EDRF (czyli NO) Furchgott i Zawadzki w 1980 roku^[2]. Od tego czasu stwierdzono istnienie różnych typów syntazy tlenku azotu u wielu organizmów. Klasyfikacja NOS człowieka przedstawia się następująco:

Funkcja

Mechanizm reakcji katalizowanej przez syntazy tlenku azotu.

Syntaza tlenku azotu produkuje NO katalizując reakcję pięcioelektronowej oksydacji azotu L-argininy (L-Arg). Oksydacja L-Arg do L-cytruliny zachodzi poprzez dwa etapy monooksygenacji, produktem pośrednim jest N^ω-hydroksy-L-arginina (NOHLA). 2 mole O₂ i 1,5 mola NADPH jest zużywanych do syntezy 1 mola NO.

L-Arg + NADPH + H⁺ + O₂ → NOHLA + NADP⁺ + H₂O

NOHLA + ½ NADPH + ½ H⁺ + O₂ → L-cytrulina + ½ NADP⁺ + NO + H₂O

Budowa

Wszystkie trzy izoformy enzymu (z których każda aktywowana funkcjonuje jako homodimer) posiadają C-końcową domenę o aktywności reduktazowej, homologiczną do białka reduktazy cytochromu P450. Na N-końcu znajduje się domena oksygenazowa zawierająca hem jako grupę prostetyczną, w środku łańcucha polipeptydowego NOS znajduje się natomiast domena wiążąca kalmodulinę. Związanie kalmoduliny działa jak "molekularny przełącznik", umożliwiając przepływ elektronów z reszty flawinowej grupy prostetycznej na domenę reduktazową połączoną z hemem. Proces ten ułatwia przekształcenie O₂ i L-argininy w NO i L-cytrulinę. Domena oksygenazowa każdej izoformy NOS zawiera także jako grupę prostetyczną tetrahydrobiopterynę (BH₄), niezbędną do wydajnej syntezy NO. Inaczej niż w przypadku innych enzymów wykorzystujących BH₄ jako źródło równoważników redukujących, co wymaga reakcji reduktazy dihydrobiopterynowej (EC 1.5.1.33), BH₄ w NOS ma za zadanie aktywować przyłączony do hemu tlen przez dostarczenie pojedynczego elektronu, który odzyskany później umożliwia uwolnienie zsyntetyzowanej cząsteczki NO.

Pierwsze białko enzymatyczne o aktywności syntazy NO zidentyfikowano w tkance nerwowej, ostatnią poznaną izoformą był izoenzym śródbłonkowy. Początkowo enzymy klasyfikowano jako ulegające konstytutywnej ekspresji i Ca²⁺-wrażliwe, ale obecnie wiadomo, że NOS występują w wielu różnych typach komórek i że ich ekspresja jest uzależniona od bardzo wielu czynników.

W przypadku NOS1 i NOS3, fizjologiczne stężenia Ca ²⁺ w komórce regulują wiązanie kalmoduliny, przez co inicjują przepływ elektronów z grup flawinowych na grupę hemu. W przypadku iNOS i NOS2, kalmodulina pozostaje ściśle związana z domeną wiążącą białka nawet przy niskich śródkomórkowych stężeniach Ca²⁺, będąc w zasadzie podjednostką tego izoenzymu.

NO reguluje ekspresję NOS i aktywność enzymatyczną białka. Wykazano ujemne sprzężenie zwrotne między aktywnością NOS3 a stężeniem NO. NO odwracalnie hamuje aktywność NOS, regulując z resztami aminokwasowymi białka z utworzeniem grupy S-nitrozowej. Wydaje się, że proces może być regulowany przez stan oksydoredukcyjny komórki, co implikowałoby mechanizm tłumaczący związek dysfunkcji śródbłonka i stresu oksydacyjnego. Wykazano, że NOS1 i NOS2 również podlegają S-nitrozylacji, ale nie dowiedziono dynamicznej regulacji funkcji tych izoenzymów tą drogą. NOS1 i NOS2 mogą ponadto tworzyć kompleksy żelazowo-nitrozowe w ich grupach hemowych, co powoduje częściową autoinaktywację tych enzymów w określonych warunkach. W części komórek czynnikiem limitującym syntezę NO jest dostępność substratu L-argininy, co może być szczególnie istotne w przypadku komórek posiadających izoenzym NOS2.

Zobacz też

• syntaza ATP

Przypisy

Linki zewnętrzne

• Syntaza tlenku azotu w InterPro (ang.)