Oxid dusnatý - biológia
Molekulárny kompas na zarovnanie buniek
Čo robí listy na jeseň starnúcimi
Demokracia perličiek
Prostredie spoločnosti Ekembo: Ľudia tiež žili v otvorenej krajine
| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat
Pšeničná odroda vznikla krížením divých tráv
| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat
Jačmeň Pangenom: míľnik na ceste do sklárne
Pri zníženom príjme potravy, dlhšia životnosť
Metóda bez zvierat predpovedá toxicitu nanočastíc
Migrácia buniek: novoobjavená funkcia známeho proteínu
Oxid dusnatý
bezfarebný a bez zápachu plyn [1] [2]
1,25 kg m -3 (15 ° C, 1 bar) [3]
60 mg l −1 vo vode (20 ° C) [3]
Oxid dusnatý je bezfarebný a jedovatý plyn so vzorcom NO. Je to chemická zlúčenina zložená z prvkov dusík a kyslík a patrí do skupiny oxidov dusíka. NIE je radikál.
charakteristiky
Oxid dusnatý má molárnu hmotnosť 30,01 g/mol, teplota topenia je -163,6 ° C, teplota varu je -151,8 ° C. Kritická teplota pre NO je -93 ° C a kritický tlak je 6,4 MPa. Oxid dusnatý je ťažko rozpustný vo vode. Pôsobením kyslíka a iných oxidačných činidiel sa NO veľmi rýchlo oxiduje na hnedý oxid dusičitý, ktorý je vo vode neúmerný kyseline dusičnej a kyseline dusitej. Okrem jódu reaguje s halogénmi za vzniku nitrozylhalogenidov, ako je nitrozylchlorid. Pod vplyvom oxidu siričitého sa oxid dusnatý redukuje na oxid dusný.
Vďaka rýchlej premene na oxid dusičitý vo vzduchu pôsobí oxid dusnatý dráždivo na sliznice a toxická je tvorba methemoglobínu. Tvorba methemoglobinémie je založená na reakcii HbO2 s samotným NO, pri ktorej sa tvoria dusičnany a methemoglobín, ako aj na reakcii s dusitanmi tvorenými z NO. [7]
$ \ mathrm) -O-O ^ - + NO_2 ^ - + H_2O \ longrightarrow> $ $ \ mathrm) OH + NO_3 ^ - + OH ^ -> $ [8]
Výroba
V laboratórnej technológii sa NO dá získať redukciou asi 65 percent kyseliny dusičnej meďou. Produkt je však pomerne nečistý. K dispozícii je čistý oxid dusnatý [9]
- z roztoku dusitanu draselného a jodidu draselného vo vode, do ktorého sa nakvapká kyselina sírová:
- z nitrosylhydrogénsulfátu a ortuti
- z dusitanu sodného a kyseliny sírovej:
- zo síranu železnatého a zmesi bromidu sodného a dusitanu sodného. Konečný produkt tejto jednoduchej reakcie obsahuje 98,8% NO a 1,2% N2.
Plyn sa priemyselne získava katalytickým spaľovaním amoniaku (Ostwaldov proces). V minulosti sa plyn používal aj v priemyselnom meradle Spaľovanie vzduchu získaný z dusíka a kyslíka v elektrickom oblúku. Použité procesy (Birkeland-Eydeov proces, Schönherrov proces, Paulingov proces) boli zamerané na čo najkratší kontakt plynov s veľmi horúcim oblúkom plameňa, aby sa reakčná rovnováha presunula na oxid dusnatý. Pretože to vyžaduje veľké množstvo elektrickej energie, procesy nie sú konkurencieschopné s Ostwaldovým procesom a už sa nepoužívajú.
použitie
Technicky
Oxid dusnatý sa vyskytuje ako medziprodukt pri technickej výrobe kyseliny dusičnej a používa sa spolu s oxidom dusičitým na výrobu dusitanov. Na kalibráciu meracích prístrojov sa ako skúšobný plyn používa najčistejší oxid dusnatý.
Lekárske
Oxid dusnatý rozširuje krvné cievy v pľúcach. Tam a tiež v sepse syntetizuje proteín endotelová syntáza oxidu dusnatého (eNOS), ktorá patrí do skupiny enzýmov NO syntázy, oxid dusnatý z aminokyseliny L-arginínu.
Plynová zmes INOmax od spoločnosti Linde AG bola schválená v roku 1999 Úradom pre kontrolu potravín a liečiv (FDA) v USA [10] a v roku 2001 Európskou komisiou v EÚ [11] na liečbu novorodencov so zlyhaním pľúc s vysokým krvným tlakom v pľúcach. (hypoxické zlyhanie dýchania, „Pľúcna hypertenzia“). Je to prvý medicínsky plyn na svete, ktorý bol schválený ako liečivo a obsahuje 100, 400 alebo 800 ppm (0,01%, 0,04% alebo 0,08%) oxidu dusnatého ako účinnú látku, zvyšok predstavuje inertný dusík. INOmax sa predáva ako stlačený plyn v hliníkových plynových fľašiach. Na použitie sa pridáva do dychu, odporúčaná dávka je 20 ppm. [11] [12]
Oxid dusnatý funguje veľmi rýchlo, vďaka čomu sa ľahko liečia život ohrozujúce komplikácie. Pri operácii srdca (ochorenie chlopne, transplantácie srdca) sa NO môže použiť na liečbu zvýšeného pľúcneho tlaku. Terapeutický účinok NO nebol dokázaný pri liečbe ARDS, závažnej pľúcnej dysfunkcie, ktorá môže nastať po poranení pľúc, zápaloch a popáleninách dráždivými plynmi. [13] [14]
Fyziologický význam
Oxid dusnatý je bioaktívna molekula, ktorá môže vstúpiť do redoxných aj aditívnych reakcií s inými molekulami. Vďaka svojej malej veľkosti môže v krátkom čase prekonať biologické membrány a vykonávať lokálne rôzne funkcie, z ktorých niektoré sú pre príslušný organizmus deštruktívne. Iba v archaeách je otázne, či oxid uhoľnatý má biologickú funkciu. U zvierat to siaha od signálnej transdukcie vo vaskulárnom a nervovom systéme po jej úlohu ako reaktívneho dusíka v nešpecifickej imunitnej obrane. Aj v rastlinách je niekoľko procesov riadených signálmi NO. Z deštruktívnej stránky treba spomenúť poškodenie bielkovín a DNA, ktoré súvisí s chronickými zápalovými procesmi u cicavcov a výslednou lokálnou produkciou NO. [15] Ďalšími prenášačmi plynov sú oxid uhoľnatý a sírovodík. [16] [17]
príbeh
Na konci 70. rokov si farmakológ Ferid Murad prvýkrát uvedomil fyziologické účinky oxidu dusnatého (NO). Počas štúdií s organickými dusičnanmi - skupinou látok, ktoré sa používajú na akútne bolesti na hrudníku - zistil, že uvoľňujú NO, čo spôsobuje rozšírenie krvných ciev (vazodilatáciu). Farmakológ Robert F. Furchgott skúmal aj účinky liekov na cievy. Zistil, že najvnútornejšia vaskulárna vrstva (endotel) produkuje neznámu látku (faktor), čo spôsobuje relaxáciu (relaxáciu) svalovej vrstvy pod ňou. Pretože nemohol určiť látku, nazval ju EDRF (relaxačný faktor odvodený od endotelu, relaxačný faktor vaskulárneho svalu odvodený z endotelu). Až v 80. rokoch sa podarilo dešifrovať neznámu látku EDRF. Louis J. Ignarro a Robert F. Furchgott nezávisle identifikovali EDRF ako oxid dusnatý.
V roku 1998 bola Nobelova cena za fyziológiu a medicínu udelená Američanom Robertovi Furchgottovi, Feridovi Muradovi a Louisovi J. Ignarrovi. Vedcom sa po prvý raz podarilo preukázať veľký význam NO pre prísun krvi do orgánov a jeho úlohu ako poslovej látky v organizme. Poznatky o NO otvárajú nové možnosti v liečbe vaskulárnych chorôb a následného poškodenia orgánov.
biosyntéza
NO sa vyrába z aminokyseliny L-arginínu NO syntázami (NOS) konzumáciou NADPH, tetrahydrobiopterínu (BH4), flavinadeníndinukleotidu (FAD), flavínmononukleotidu (FMN), hemu a proteínu viažuceho vápnik (CaM). a produkovaný kyslík. Citrulín a voda sú ďalšie konečné produkty. Dnes boli identifikované štyri izoformy NOS, z ktorých sú konštitutívne exprimované endotelové NOS (eNOS) a neuronálne NOS (nNOS), zatiaľ čo indukovateľná izoforma NOS (iNOS) je indukovateľná na transkripčnej úrovni. Všetky štyri izoformy majú vysokú sekvenčnú homológiu s cytochrómom P450 reduktázou a sú lokalizované v špecifických bunkových typoch.
Fyziologická adaptácia
Ako prispôsobenie sa životu na vysočine vo výške 4 000 metrov majú Tibeťania v krvi desaťkrát viac NO ako obyvatelia vo výške 200 metrov nad morom, čo vedie k zdvojnásobeniu prietoku krvi v porovnaní s obyvateľmi nížiny, a tým k optimalizovanému prísunu kyslíka. [18]