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:

Nazwa	Geny	Locus	Opis
Neuronalna NOS (nNOS lub NOS1)	NOS1	12 q24.22	Synteza NO w tkankach nerwowych ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego; sygnalizacja międzykomórkowa.
Indukowalna NOS (iNOS lub NOS2)	NOS2A, NOS2B, NOS2C	17 q11.2-q12, 17p13.1-q25, 17p13.1-q25	Komórki układu odpornościowego, komórki układu sercowo-naczyniowego. Wolnorodnikowe właściwości NO używane są przez makrofagi do niszczenia patogenów.
Endotelialna NOS (śródbłonkowa NOS, eNOS lub NOS3 albo konstytutywna NOS, cNOS)	NOS3	7 q36	Synteza NO w naczyniach krwionośnych, regulacja funkcji naczyń. Jest konstytutywna, co oznacza, że dostarcza stałą, niezależną od czynników indukujących syntezę, ilość NO.

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.