Rozlepte si krvinky: Oxid dusnatý – molekula, která otevírá cévy (6.)
V minulém díle jsme objevili endotel.
Tenkou vrstvu buněk na vnitřní straně cév, která rozhodně není pouhou tapetou. Je to živý senzor, chemická laboratoř a dopravní dispečink v jednom.
A dnes si představíme jednoho z jeho nejrychlejších poslů.
Je nepatrný.
Žije jen krátce.
Je to plyn.
A přesto dokáže během okamžiku změnit průtok krve.
Jmenuje se:
oxid dusnatý – NO.
Malá molekula s obrovskou mocí
NO tvoří pouhý jeden atom dusíku a jeden atom kyslíku.
A pozor – je to radikál, protože má nepárový elektron.
To ale automaticky neznamená „něco špatného“.
Biologie používá radikály také jako signální molekuly.
NO je nádherným příkladem.
Vznikne.
Předá zprávu.
A zmizí.
Jak endotel NO vyrábí?
Jednou z hlavních cest je enzym:
endoteliální NO-syntáza – eNOS.
Ta pracuje především s aminokyselinou L-argininem a kyslíkem.
Ke své práci ale potřebuje celý malý orchestr pomocníků, například:
- NADPH,
- FAD,
- FMN,
- hem,
- tetrahydrobiopterin (BH4),
- vápník a kalmodulin.
A tady už začíná být naše série zajímavě elektrická.
Enzym totiž při reakci skutečně přenáší elektrony.
Elektrony putují z NADPH přes flavinové kofaktory až k hemové části enzymu, kde pomohou pracovat s kyslíkem.
Takže tentokrát nejsou elektrony metaforou.
Jsou přímo součástí chemického mechanismu.
Glykokalyx zazvoní na zvonek
Představte si naši cévu.
Krev začne proudit rychleji.
Proud mechanicky působí na glykokalyx a endotel.
Buňka tento pohyb zaznamená.
Aktivují se signální dráhy podporující činnost eNOS.
Vznikne NO.
NO okamžitě proniká do okolní hladké svaloviny cévy.
A tam předá jednoduchou zprávu:
„Povolte cestu!“
Jak NO cévu skutečně otevře?
NO aktivuje v hladké svalovině enzym solubilní guanylátcyklázu.
Ta zvýší množství signální molekuly cGMP.
Následuje změna buněčné signalizace a koncentrace vápníku.
Svalová buňka se uvolní.
Céva se rozšíří.
Odpor proti proudění klesne.
A krev dostane více prostoru.
Takže:
proud krve → endotel → NO → cGMP → uvolnění svaloviny → širší céva.
To je jeden z nejkrásnějších regulačních okruhů lidského těla.
NO není totéž co NO₂
Tady malá, ale důležitá vsuvka.
NO – oxid dusnatý je fyziologická signální molekula.
NO₂ – oxid dusičitý je jiná chemická látka a ve vyšších koncentracích toxický plyn.
Jeden atom kyslíku navíc – a úplně jiný biologický příběh.
Co NO podporuje?
Jedním z nejsilnějších fyziologických stimulů je něco úplně obyčejného:
pohyb.
Svaly začnou pracovat.
Potřebují více kyslíku.
Zvýší se průtok.
Endotel dostane mechanický signál.
A produkce NO se může zvýšit.
Proto není pro cévy důležitý jen sport.
Pomáhá už pravidelná chůze a přerušování dlouhého sezení.
Cévy potřebují proud.
A pak je tu zelenina
Existuje ještě druhá fascinující cesta k NO.
Nezačíná argininem.
Začíná dusičnany.
Najdeme je například v:
- červené řepě,
- rukole,
- špenátu,
- salátu a další listové zelenině.
Část dusičnanů se po vstřebání vrací slinami do úst.
A zde nastupují bakterie našeho ústního mikrobiomu.
Pomáhají přeměnit:
dusičnan → dusitan.
A z dusitanu může za vhodných podmínek vznikat NO.
Takže na regulaci našich cév se překvapivě podílejí i mikroorganismy v ústech.
Nos není jen trubka na vzduch
NO vzniká také v oblasti vedlejších nosních dutin.
Při dýchání nosem se dostává do vdechovaného vzduchu.
Proto má nosní dýchání trochu jinou fyziologii než permanentní dýchání ústy.
A zajímavost:
broukání může množství NO uvolňovaného z nosních dutin krátkodobě výrazně zvýšit.
Takže někdy opravdu stačí zavřít pusu a zabroukat si. 🙂
Největší nepřítel NO?
Tady se vracíme k tématu předchozích dílů.
Oxidační stres.
NO může reagovat se superoxidem.
Výsledkem je peroxynitrit (ONOO⁻) – velmi reaktivní sloučenina.
Tím se dějí dvě nepříjemné věci současně:
ubývá biologicky dostupného NO
a zároveň vzniká silně reaktivní produkt.
Proto nestačí pouze říct:
„Vyrobme více NO.“
Stejně důležité je prostředí, ve kterém NO vzniká.
Když se továrna na NO pokazí
A tady máme nádhernou biochemickou zvláštnost.
eNOS má normálně vyrábět NO.
Jenže například při nedostatku nebo oxidaci kofaktoru BH4 může dojít k tzv. uncouplingu eNOS.
Enzym se obrazně řečeno rozladí.
Místo efektivní produkce NO začne podporovat vznik superoxidu.
Z továrny na látku rozšiřující cévy se tak může stát zdroj oxidačního stresu.
To krásně ukazuje, proč v biologii nestačí mít všechny součástky.
Musejí být také správně propojené.
A co měď?
Měď není hlavním kofaktorem eNOS a nebylo by správné tvrdit, že přímo „vyrábí NO“.
Ale vstupuje do širšího příběhu redoxní rovnováhy.
Například enzym Cu/Zn-superoxiddismutáza pomáhá odstraňovat superoxid.
A protože superoxid může NO rychle spotřebovávat, antioxidační enzymové systémy nepřímo pomáhají zachovávat jeho biologickou dostupnost.
Měď tedy opět nevystupuje jako baterie.
Spíš jako člen údržbářského týmu, který pomáhá udržovat elektricko-chemickou továrnu v provozu.
A světlo?
Tady se dostáváme na hranici mezi velmi dobře známou fyziologií a stále intenzivně zkoumanou biofyzikou.
Červené a blízké infračervené světlo se studuje pro možné účinky na:
- mitochondrie,
- redoxní signalizaci,
- lokální dostupnost NO,
- mikrocirkulaci.
Existují také mechanismy, při nichž světlo může ovlivňovat NO navázaný na některé molekuly.
Rozsah těchto účinků v běžném lidském organismu se ale stále zkoumá.
Takže:
světlo a NO – ano, velmi zajímavé spojení.
Ale ještě z něj nedělejme univerzální vypínač cév.
A jsme zpátky u krvinek
Podívejme se, kam jsme se za šest dílů dostali.
Krvinka potřebuje být pružná.
Krvinky potřebují udržovat správný odstup.
Plazmatické bílkoviny ovlivňují jejich vzájemné chování.
Glykokalyx chrání rozhraní mezi krví a cévou.
Endotel sleduje proud.
A NO pomáhá podle potřeby otevřít cestu.
Najednou máme před sebou nádherný systém:
KREV → GLYKOKALYX → ENDOTEL → NO → CÉVA → PRŮTOK → KYSLÍK → BUŇKA
A možná právě zde začínáme chápat základní myšlenku celé série:
nestačí mít kyslík v krvi.
Musíme ho také dopravit tam, kde je potřeba.
A příště půjdeme ještě hlouběji.
Do míst, kam se velké tepny už nedostanou.
Do nejmenších cév našeho těla.
Do světa, kde se červená krvinka musí ohnout, zmáčknout a někdy projít kapilárou téměř jednotlivě.
Mikrocirkulace.
Místo, kde se teorie krevního oběhu konečně mění ve skutečnou výživu buňky.
