Nitric Oxide Synthase, Typical Flavohemoprotein and Their Complicated Enzymology
Nitric oxide is a diatomic gaseous molecule with unpaired electron in the molecule. Physical properties such as solubility, diffusibility and half-life decide the chemical reactivity of nitric oxide. Nitric oxide is the unstable free radical in vessels, immune system and central nervous system. The reactivity of nitric oxide under physiological and pathological conditions depends upon its concentration and site of production. Nitric oxide is thought to play a role in many pathological situations: septic shock, cardiovascular diseases, arthritis, diabetes, multiple sclerosis, asthma, and hypertension. Nitric oxide synthase is a self-sufficient flavohemoprotein capable of producing nitric oxide from L-arginine by two successive monooxygenation steps. Although the N-terminal heme domain functionally resembles cytochromes P450, no structural similarities exist between cytochrome P450 and nitric oxide synthases heme domains. The C-terminal domain of nitric oxide synthases containing flavin adenine dinucleotide and flavin mononucleotide as cofactors exhibits a high degree of sequence similarity with NADPH-cytocrome P450 reductase. The reductase domains serve as an intermediary for the transfer of electrons from NADPH for the catalytic reaction. The connecting domain between the oxygenase and the reductase domains of nitric oxide synthase isoforms binds calmodulin in the presence of calcium. The binding of calmodulin to all nitric oxide synthase isoforms is obligatory for the production of nitric oxide. At the same time, the presence of one or more phosphorylation sites in nitric oxide synthase puts them among the kinase-mediated signaling pathways. This also means that nitric oxide synthases are regulated indirectly by the events that regulate kinases. This field of research of nitric oxide synthase regulation has become one of the most actively pursued and much has been learned from basic biochemical mechanisms to physiological processes and to medical applications, but many more questions still remain to be answered.
Key words: nitric oxide, nitric oxide synthases, electron transfer, protein-protein interaction.
Autoři: M. Jáchymová; B. S. Masters 1; K. Horký 2; T. Zima 3; P. Martásek 4 Působiště autorů: Laboratoř molekulární kardiologie Ústavu klinické biochemie a laboratorní diagnostiky 1. LF UK a VFN, Praha ; Department of Biochemistry UTHSC at San Antonio, Texas, USA 1; II. interní klinika 1. LF UK a VFN, Praha 2; Ústav klinické biochemie a laboratorní diagnostiky 1. LF UK a VFN, Praha 3; Klinika dětského a dorostového lékařství 1. LF UK a VFN, Praha 4 Vyšlo v časopise: Čas. Lék. čes. 2006; 145: 526-531 Kategorie: Přehledový článek
Oxid dusnatý je dvouatomová, plynná molekula s jedním nepárovým valenčním elektronem. Fyzikální vlastnosti, jako je rozpustnost, difuzibilita a biologický poločas, spolurozhodují o chemické reaktivitě oxidu dusnatého. Oxid dusnatý je nestabilní volný radikál, signální molekula v cévách, imunitním systému i v centrální nervové soustavě. Reaktivita oxidu dusnatého za fyziologických a patologických podmínek je závislá na jeho koncentraci a na místě vzniku. Oxid dusnatý hraje důležitou roli u různých patologických stavů, jako je septický šok, kardiovaskulární onemocnění, artritida, diabetes mellitus, roztroušená skleróza, astma a hypertenze. Syntázy oxidu dusnatého jsou hemoflavoproteiny odpovědné za syntézu oxidu dusnatého z L-argininu prostřednictvím dvou následných monooxygenázových reakcí. N-terminálová, hemova doména syntáz oxidu dusnatého je funkčně podobná cytochromu P450, ale nebyla potvrzena strukturální shoda mezi cytochromem P450 a N-terminálovými doménami syntáz oxidu dusnatého. Prostetické skupiny flavinadenindinukleotid a flavinmononukleotid C-terminálové, reduktázové domény syntáz oxidu dusnatého vykazují velkou podobnost sekvencí aminokyselin s NADPH cytochrom P450 reduktázou. Prostřednictvím reduktázové domény probíhá přenos elektronů z NADPH pro katalytické reakce syntázy oxidu dusnatého. Přítomnost kalmodulinové vazebné domény, která spojuje hemovou a reduktázovou doménu, je závazná pro tvorbu oxidu dusnatého u všech izoforem syntáz oxidu dusnatého. Syntázy oxidu dusnatého jsou také nepřímo regulovány různými signálními dráhami, které jsou zprostředkovány kinázami v důsledku přítomnosti fosforylačních míst v reduktázové doméně. Studium mechanizmů působení syntáz oxidu dusnatého se stalo jedním z nejsledovanějších z hlediska základních biochemických mechanizmů, fyziologických procesů a aplikací v medicíně, na mnoho otázek však zatím neznáme odpověď.
Klíčová slova: oxid dusnatý, syntázy oxidu dusnatého, přenos elektronů, protein-proteinové interakce.
Zvyšte si kvalifikaci online z pohodlí domova
Nemáte účet? Registrujte se
Zadejte e-mailovou adresu, se kterou jste vytvářel(a) účet, budou Vám na ni zaslány informace k nastavení nového hesla.
