L' ossido nitrico sintasi ( NOS ) è un'ossidoreduttasi che catalizza le seguenti reazioni :
La reazione globale può quindi essere scritta:
2 L -arginine + 3 NADPH + 3 H + + 4 O 2 2 L- citrullina + 2 NO + 3 NADP + + 4 H 2 O.Questo enzima produce ossido nitrico , o ossido nitrico, un radicale libero con la formula chimica • N = O presente nel flusso sanguigno. È costituito da una singola catena polipeptidica che ha diversi domini avvolti attorno a due molecole di eme . Questa catena polipeptidica ha due domini catalitici; un dominio N- terminale ossigenasi e un dominio C- terminale riduttasi .
Il dominio dell'ossigenasi si lega all'arginina , all'eme e a un cofattore , la tetraidrobiopterina (H 4 BPT).
Il dominio reduttasi ha un sito di legame per flavine ( FAD , FMN ) e per NADPH .
Questi due domini sono collegati dal dominio flavina, che consente il trasferimento di elettroni dal NADPH al ferro eme. Il cofattore H 4 BPTconsente la forma omodimerica di NOS, che gli consente di essere attivo. Recentemente è stato individuato uno ione di zinco che è intervenuto nel mantenimento della struttura omodimerica della proteina.
Ossido nitrico sintasiCE n. | CE |
---|---|
numero CAS |
IUBMB | Voce IUBMB |
---|---|
IntEnz | Vista IntEnz |
BRENDA | Ingresso BRENDA |
KEGG | Ingresso KEGG |
MetaCyc | Passaggio metabolico |
PRIAM | Profilo |
PDB | Strutture |
PARTIRE | AmiGO / EGO |
Pfam | PF02898 |
---|---|
InterPro | IPR004030 |
SCOP | 1 nostro |
SUPERFAMIGLIA | 1 nostro |
I neuroni che contengono NOS si trovano in molti punti del cervello , inclusi corteccia cerebrale , cervelletto , ippocampo e ipotalamo . Ci sono tre forme di ossido nitrico sintasi nel corpo: la forma inducibile, la forma neuronale e la forma endoteliale.
Questi tre isomeri sono onnipresenti. Sono espressi all'interno delle seguenti celle:
I geni di queste proteine si trovano su diversi cromosomi .
Il gene umano per la forma neuronale si trova sul cromosoma 12 e codifica per una proteina di circa 1429-1433 amminoacidi . L' espressione di questo gene è costitutiva, vale a dire che la loro attività è espressa senza alcuna stimolazione, ed è dipendente dal calcio . La forma neuronale è solubile nel citosol delle cellule neuronali del sistema nervoso centrale, dei neutrofili e degli astrociti . Neurotrasmettitore e comunicatore, l' NO che produce nel sistema nervoso svolge un ruolo neuromodulatorio (plasticità delle sinapsi ). Svolge un ruolo importante nel rilascio e nella ricaptazione dei neurotrasmettitori e nello sviluppo dei neuroni. Potrebbe intervenire nei meccanismi di apprendimento e nella memoria a breve termine .
Il gene umano per la forma inducibile è presente sul cromosoma 17 e codifica per una proteina di circa 1,144-1,153 amminoacidi . Questa NOS inducibile è principalmente solubile nel citosol della cellula. Come suggerisce il nome, è inducibile e indipendente dal calcio. L'espressione di iNOS è indotta da citochine ed endotossine . La forma inducibile si trova nei macrofagi ed è una sorta di parte del nostro sistema immunitario . È in grado di programmare l' apoptosi delle cellule. L'NO nei macrofagi media la risposta immunitaria. La produzione di NO attraverso la forma inducibile di ossido nitrico sintasi a seguito dell'attivazione dei macrofagi gioca un ruolo importante come molecola effettrice citotossica antiparassitaria. Normalmente, la sua concentrazione è molto bassa. Tuttavia, quando l'organismo viene attaccato da un agente esterno, si innesca un meccanismo infiammatorio , una produzione di citochine, che attiva l'espressione di iNOS. All'improvviso, il corpo si trova quindi di fronte a una grande concentrazione di NO. Il NO combatte senza alcuna specificità qualunque sia sul suo cammino. È l'ultima difesa del corpo. È associato alla funzione citotossica dei macrofagi.
Il gene della forma endoteliale, NOS3 , è presente in forma aploide sul cromosoma 7 e codifica per una proteina di circa 1,203–1,205 amminoacidi . Questa forma è costitutiva e regolata in maniera dipendente dal calcio. La forma endoteliale non è solubile, anzi è legata alla membrana cellulare , ad esempio astrociti , o all'endotelio vascolare. L'NO prodotto qui gioca un ruolo importante piuttosto a livello di normali funzioni fisiologiche, in particolare un effetto vasodilatatore .
Tutte e tre le isoforme di NOS hanno numerosi siti di legame per diversi fattori di trascrizione , citochine ed endotossine nella loro regione promotrice. L'espressione e la funzione di questi geni sono specifiche a seconda del tessuto in cui è presente la cellula. In caso di danno neuronale, il cervello e le cellule gliali producono fattori neurotrofici . Questi fattori neurotrofici diminuiscono l'espressione della forma neuronale di NOS e prevengono la morte neuronale. I lipopolisaccaridi (LPS), alcune interleuchine e alcuni fattori di trascrizione regolano l'espressione della forma inducibile della proteina. Infine, diversi fattori estrinseci e citochine possono regolare l'espressione della forma endoteliale dell'enzima.
NOS catalizza l'ossidazione dell'arginina in ossido nitrico e citrullina nel dominio dell'ossigenasi della proteina attraverso le seguenti due reazioni di monoossigenazione:
L-Arginina + NADPH + H + + O 2→ NOHLA + NADP + + H 2 O
NOHLA + ½ NADPH + ½ H + + O 2→ L-citrullina + ½ NADP + + NO + H 2 O
L'ossido nitrico che è sintetizzato dalle forme endoteliali e neuronali costitutive viene utilizzato per un breve periodo di tempo (da pochi secondi a pochi minuti). Producono ossido nitrico per brevissimo tempo ma in modo permanente. L'ossido nitrico prodotto dalla forma inducibile si esprime solo dopo l'attivazione cellulare e si produce per un lungo periodo di tempo (che va da poche ore a diversi giorni). Causano a lungo la produzione di ossido nitrico. L'ossido nitrico prodotto da questa proteina attiva la guanilato ciclasi (GC) solubile, con conseguente aumento della concentrazione di GMP ciclico nelle cellule bersaglio. Il CGMP si lega a una proteina chinasi la cui attività si attiva specificamente, che attiva la cellula e quindi è un elemento di segnalazione cellulare .
L'iperproduzione di ossido nitrico da parte degli ossidi nitrici neuronali e inducibili è stata dimostrata in alcuni disturbi neurologici degenerativi, come la schizofrenia , il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson . Studi post mortem , risultati clinici e prove da modelli sperimentali suggeriscono il coinvolgimento dell'ossido nitrico sintasi nella degenerazione dei neuroni dopaminergici che causano il morbo di Parkinson. L'ossido nitrico, a seconda della sua concentrazione e distribuzione, è un mediatore dell'apoptosi in questa malattia neurodegenerativa. È stato dimostrato un alto livello di espressione della NOS nella regione nigrostriatale e nei gangli della base del cervello di pazienti deceduti a causa del morbo di Parkinson. Inoltre, il livello di nitriti , nitrati e derivati di arginina e citrullina è alterato. L'ossido nitrico può causare danni al DNA o cambiamenti irreversibili delle proteine . Le disfunzioni dell'ossido nitrico sintasi che possono dare origine al morbo di Parkinson possono essere causate dal polimorfismo genetico, cioè i cambiamenti nelle sequenze geniche possono influenzare la struttura o la funzione della proteina che codificano.
Tutte le cellule del corpo umano producono naturalmente specie di ossigeno radicale come l'ossido nitrico, ma questa produzione a volte può sfuggire di mano e causare danni. I ricercatori hanno formulato una teoria che suggerisce che la capacità del cervello di inattivare le specie di ossigeno radicale diminuisce con l'età . Le cellule vulnerabili vengono quindi danneggiate. L'ossido nitrico sintasi, producendo ossido nitrico, ha varie funzioni fisiologiche, molte delle quali sono note, ma alcune restano da scoprire e che potrebbero rivelarsi molto rivelatrici. Poiché la NOS svolge un ruolo potenzialmente importante in diverse gravi malattie negli esseri umani, i progressi scientifici in questa direzione sono in corso e stanno anche mostrando grandi promesse.