MONOSSIDO DI AZOTO (NO) (ossido nitrico) E un gas. E coinvolto come messaggero in molti processi biologici INIZIALMENTE IDENTIFICATO COME EDRF (Endotelium Derived Release Factor) N O Dilatazione vasi sanguigni (abbassamento della pressione sanguigna) Inibizione aggregazione piastrinica Contrazione muscolatura liscia Risposta infiammatoria ed immune Neurotrasmissione PREMIO NOBEL PER LA MEDICINA NEL 1998 A LOUIS IGNARRO, FERID MURAD E ROBERT FURCHGOTT PER I LORO STUDI SUL RUOLO FISIOLOGICO DELL NO
CARATTERISTICHE CHIMICHE DEL MONOSSIDO DI AZOTO (NO ) E un gas: attraversa liberamente le membrane. Non ha bisogno di recettori specifici sulla superficie delle cellule bersaglio. La sua concentrazione è circa 10-100 nm. E un radicale: possiede un elettrone non impegnato nella formazione di legami. E una specie chimica molto reattiva ed instabile: emivita molto breve (1-5 sec). Agisce a a livello locale. La sua ossidazione produce nitrati (NO 3- ) e nitriti (NO 2- ).
BIOSINTESI DEL MONOSSIDO DI AZOTO NORMOSSIA Via metabolica dipendente da NO sintasi (NOS) IPOSSIA Via metabolica indipendente da NO sintasi (NOS)
OSSIDO NITRICO SINTASI L NO Viene sintetizzato a partire da arginina in una reazione di ossidazione (a 5 elettroni) catalizzata dall enzima ossido nitrico sintasi (NOS) NOS=monossigenasi
LA NOS UTILIZZA MOLTI COFATTORI E GRUPPI PROSTETICI PER SINTETIZZARE NO Cofattori principali (comuni a tutte le isoforme): NADPH = fonte di elettroni O 2 = fonte di atomi di ossigeno Gruppi prostetici principali: FAD e FMN (flavine) = trasportano elettroni nell enzima dal NADPH al gruppo eme dove avviene la catalisi (dominio reduttasico) Eme = sito attivo per la ossidoriduzione (dominio ossigenasico) H 4 B (TETRAIDROBIOPTERINA)= attivazione dell ossigeno (dominio ossigenasico)
LE NOS POSSONO ESSERE COSTITUTIVE O INDUCIBILI Gli enzimi costitutivi - nnos (I) ed enos (III) producono quantità fisiologiche di NO (livello basale) per breve tempo: -modulano il tono vascolare -contribuiscono alla regolazione della pressione sanguigna -sono coinvolti nella aggregazione piastrinica -agiscono come neuromediatori Sono regolati da Calcio che si lega alla NOS tramite la proteina CALMODULINA Gli enzimi inducibili - inos (II) - - sono indotti da Endotossine (lipopolisaccaride), dall interferone g, dal fattore di necrosi tumorale (TNF a), da IL-1 - producono notevoli quantità di NO per periodi sensibilmente lunghi sono coinvolti nella risposta infiammatoria Sono Calcio/Calmodulina-indipendenti
L NO PUO ESSERE PRODOTTO DAL NITRITO (+ IN IPOSSIA) TESSUTI: deossimioglobina/xantina ossidasi STOMACO: produzione non-enzimatica a ph acido SANGUE: deossiemoglobina
IL NITRITO DERIVA SIA DALLA DIETA CHE DALL NO PRODOTTO DALLA NOS IN PRESENZA DI OSSIGENO
EFFETTI FISIOLOGICI NELL OSSIDO NITRICO Sistema muscolare: miorilassante (liscio) Sistema circolatorio: vasodilatatore; coinvolto scambi gassosi Hb-cellule Sistema nervoso: molecola segnale (neurotrasmettitore) -memoria a lungo termine Sistema immunitario: agente battericida; inibitore replicazione virale Sistema digestivo: media dilatazione stomaco IN ALCUNE CONDIZIONI PATOLOGICHE SI PRODUCE TROPPO NO
SISTEMA MUSCOLARE LISCIO: NO E VASODILATAZIONE SINTETIZZATO DALLA ISOFORMA ENDOTELIALE DELLA NOS IN RISPOSTA ALLA STIMOLAZIONE ORMONALE O DA CITOCHINE
L NO OTTIENE IL SUO EFFETTO ATTIVANDO LA GUANILATO CICLASI CHE PRODUCE GMP ciclico LA GUANILATO CICLASI SOLUBILE (sgc) E PRESENTE IN MOLTI TESSUTI DEI MAMMIFERI (POLMONE, FEGATO, CERVELLO, MUSCOLO) QUESTO ENZIMA CITOPLASMATICO CATALIZZA LA REAZIONE: GTP -> cgmp + PPi
EFFETTO DELL AUMENTO DI cgmp L AUMENTO DI cgmp ATTIVA: CHINASI cgmp DIPENDENTE fosforila recettore INS-P3 (meno Calcio = minore contrazione) FOSFODIESTERASI cgmp DIPENDENTE CANALI IONICI (Ca) cgmp DIPENDENTI
SISTEMA NERVOSO: L NO E UN NEUROTRASMETTITORE SINTETIZZATO DALLA ISOFORMA NEURONALE DELLA NOS IN RISPOSTA ALLA STIMOLAZIONE DA PARTE DEL GLUTAMMATO Neurone post-sinaptico deve inviare un messaggio retroattivo al Neurone pre-sinaptico NO messaggero retrogrado
SISTEMA IMMUNITARIO I MACROFAGI UTILIZZANO L NO PER UCCIDERE AGENTI PATOGENI IN CONDIZIONI FISIOLOGICHE I MACROFAGI VENGONO A CONTATTO CON UN AGENTE PATOGENO, LO INGLOBANO PER FAGOCITOSI E PRODUCONO QUANTITA ELEVATE DI NO DALLA mnos. L NO SVOLGE AZIONE CITOTOSSICA DI DIFESA. LA SETTICEMIA (INFEZIONE BATTERICA EMATICA) SI VERIFICA IN SEGUITO A OPERAZIONI CHIRURGICHE, IMMUNODEPRESSIONE, DIABETE, CIRROSI EPATICA. PROVOCA VASODILATAZIONE, DANNI CARDIOVASCOLARI E FEBBRE ED IN SITUAZIONI ESTREME SHOCK SETTICO E MORTE. NELLA SETTICEMIA SI HA RILASCIO ECCESSIVO DI NO PER STIMOLAZIONE DELLA NOS INDUCIBILE DAI LIPOLISACCARIDI DELLA PARETE BATTERICA E DALLE ELEVATE QUANTITA DI CITOCHINE CIRCOLANTI.
IN ALCUNE CONDIZIONI PATOLOGICHE SI PRODUCE TROPPO NO MOLTI EFFETTI CITOTOSSICI SONO LEGATI ALLA INATTIVAZIONE DI IMPORTANTI METALLOPROTEINE CON QUALI GRUPPI CHIMICI REAGISCE? FERRO : gruppo eme ferroso (Fe 2+ ) Es. Emoglobina, Guanilato ciclasi CENTRI FERRO-ZOLFO con cisteine libere Es. Aconitasi GRUPPI SH: sia proteici che in tioli a basso PM Es. Glutatione RAME: Es. Citocromo ossidasi OSSIGENO: sia ossigeno molecolare che altre specie reattive come anione superossido
L NO IN ECCESSO FORMA INOLTRE ALTRI COMPOSTI CITOTOSSICI I PRINCIPALI DERIVATI TOSSICI DELL NO SONO: COMPOSTI DERIVANTI DALLA REAZIONE CON METABOLITI TOSSICI DELL OSSIGENO MOLECOLARE, spec. ANIONE SUPEROSSIDO (O 2- ) PEROSSINITRITO (ONOO - ) = POTENTE AGENTE OSSIDANTE COMPOSTI AZOTATI PIU OSSIDATI : NITRATI (NO 3- ) e NITRITI (NO 2- )
MODULAZIONE FARMACOLOGICA DEI LIVELLI DI OSSIDO NITRICO Disponibilità di ossido nitrico può essere modulata da vari fattori: - variazione attività della NO sintasi - maggiore inattivazione dell NO - alterata biodisponibilità dell NO Settori di applicazione dei farmaci che producono NO -Patologie cardiovascolari (angina, infarto..) -Processi infiammatori -Protezione mucose gastrointestinali
L EFFETTO TERAPEUTICO DEL NITRATO/NITRITO SULLE PATOLOGIE CARDIACHE E NOTO DAL MEDIOEVO Manoscritto buddista medievale
GLI EFFETTI TERAPEUTICI DEL NITRITO DIPENDONO DALLA PRODUZIONE DI PICCOLE QUANTITA DI NO Vasodilatatore -Ipertensione/Infarto/angina Citoprotettivo Puo essere usato per prevenire: -Danni da ischemia/riperfusione -Ulcere gastriche da farmaci -Trapianti
(spasmo improvviso o aterosclerosi avanzata) Formulazioni: Inalazione Iniezione Compresse sublinguali Cerotti transdermici Compresse a rilascio lento
Effetti secondari: Mal di testa Nausea Ipotensione Irrequietezza
NO è citoprotettivo perché blocca la catena respiratoria mitocondriale e quindi la produzione di dannose Specie Reattive dell Ossigeno (ROS)
FARMACI ANTINFIAMMATORI NON STEROIDEI tipo aspirina Azione su COX-1(generale) e COX-2(selettiva) (COX= ciclossigenasi) Azione antitrombotica solo COX-1 (piastrine) Effetti negativi su mucosa gastrica (apoptosi) NCX4016 ALTERNATIVE: NO-ASPIRINA Effetti positivi: minore tossicità gastrointestinale (NO=citoprotettivo)
ALTRI FARMACI CHE INTERFERISCONO CON IL METABOLISMO DELL OSSIDO NITRICO Composti che bloccano i canali del calcio (miorilassanti) -> aumentano NO ACE inibitori (ACE=angiotensin converting enzyme): inibiscono l enzima che degrada la bradichinina e forma angiotensina-ii Bradichinina stimola enos-> aumentano NO Statine (inibitori HMG-CoA reduttasi) -> stimolano enos -> aumentano NO Inibitori fosfodiesterasi (PDE-5, sildenafil) -> aumentano la emivita del cgmp bloccandone la degradazione -> potenziano effetto NO NB. Attenzione alla interazione con effetti cardiaci