Оксид азоту - біологія
Молекулярний компас для вирівнювання клітин
Від чого листя старіє восени
Демократичність грифа-цесарки
Середовище Екембо: Люди також жили на відкритих ландшафтах
| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво
Сорт пшениці був створений шляхом схрещування дикорослих трав
| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво
Ячмінь Пангеном: Віха на шляху до склозаводу
Подовжене життя при зменшенні споживання їжі
Без тваринного методу передбачається токсичність наночастинок
Міграція клітин: нещодавно виявлена функція відомого білка
Оксид азоту
безбарвний газ без запаху [1] [2]
1,25 кг м −3 (15 ° C, 1 бар) [3]
60 мг л -1 у воді (20 ° C) [3]
Оксид азоту являє собою безбарвний і токсичний газ з формулою NO. Це хімічна сполука, що складається з елементів азоту та кисню і належить до групи оксидів азоту. NO - це радикал.
характеристики
Моноксид азоту має молярну масу 30,01 г/моль, температура плавлення –163,6 ° C, температура кипіння –151,8 ° C. Критична температура для NO становить -93 ° C, а критичний тиск 6,4 МПа. Оксид азоту важко розчинний у воді. Під дією кисню та інших окислювачів NO дуже швидко окиснюється до коричневого діоксиду азоту, який у воді диспропорціонує азотній та азотній кислотам. Крім йоду, він реагує з галогенами, утворюючи нітрозилгалогеніди, такі як нітрозилхлорид. Під впливом діоксиду сірки оксид азоту відновлюється до оксиду азоту.
Завдяки швидкому перетворенню в повітрі діоксиду азоту оксид азоту надає подразнюючу дію на слизові оболонки, а утворення метгемоглобіну має токсичну дію. Формування метгемоглобінемії засноване на реакції HbO2 з самим NO, завдяки чому утворюються нітрати та метгемоглобін, а також на реакції з нітритом, утвореним з NO. [7]
$ \ mathrm) -O-O ^ - + NO_2 ^ - + H_2O \ longrightarrow> $ $ \ mathrm) OH + NO_3 ^ - + OH ^ -> $ [8]
Виробництво
У лабораторних технологіях NO можна отримати за рахунок зменшення приблизно 65 відсотків азотної кислоти за допомогою міді. Однак продукт відносно нечистий. Доступний чистий оксид азоту [9]
- з розчину нітриту калію та йодиду калію у воді, в який опускається сірчана кислота:
- з нітрозилу гідросульфату та ртуті
- з нітриту натрію та сірчаної кислоти:
- із заліза (II) сульфату та суміші броміду натрію та нітриту натрію. Кінцевий продукт цієї простої реакції містить 98,8% NO і 1,2% N2.
Газ отримують промисловим способом шляхом каталітичного спалювання аміаку (процес Оствальда). У минулому газ також використовувався в промислових масштабах т. Зв Горіння повітря отримують з азоту та кисню в електричній дузі. Застосовувані процеси (процес Біркеланд-Ейда, процес Шенгерра, процес Полінга) спрямовані на якнайшвидший контакт між газами та дуже гарячою дугою полум’я, щоб змістити реакційну рівновагу на оксид азоту. Оскільки тут потрібно багато електричної енергії, процеси не конкурентоспроможні процесу Оствальда і більше не використовуються.
використання
Технічно
Оксид азоту виникає як проміжний продукт у технічному виробництві азотної кислоти і використовується разом з діоксидом азоту для отримання нітритів. Найчистіший оксид азоту використовується як випробувальний газ для калібрування вимірювальних приладів.
Медичний
Оксид азоту розширює кровоносні судини в легенях. Там, а також при сепсисі, білок, ендотеліальна синтаза оксиду азоту (eNOS), яка належить до сімейства ферментів NO-синтаз, синтезує оксид азоту з амінокислоти L-аргініну.
Газова суміш INOmax від Linde AG була затверджена в 1999 році Управлінням з контролю за продуктами та ліками (FDA) у США [10] та в 2001 році Європейською комісією в ЄС [11] для лікування новонароджених з легеневою недостатністю з високим кров'яним тиском у легенях. (гіпоксична дихальна недостатність, "Легенева гіпертензія"). Це перший у світі медичний газ, який був затверджений як лікарський засіб, і містить 100, 400 або 800 ppm (0,01%, 0,04% або 0,08%) оксиду азоту як активний інгредієнт, решта - інертний азот. INOmax продається у вигляді стисненого газу в алюмінієвих газових пляшках. Для використання його додають до вдиху, рекомендована доза становить 20 ppm. [11] [12]
Оксид азоту діє дуже швидко, а це означає, що ускладнення, що загрожують життю, можна добре вилікувати. У кардіохірургії (захворювання клапанів, трансплантація серця) NO можна застосовувати для лікування підвищеного легеневого тиску. Терапевтичний ефект NO не доведений для лікування ГРДС, важкої дисфункції легенів, яка може виникнути після травм легенів, запалення та опіків подразнювальними газами. [13] [14]
Фізіологічне значення
Оксид азоту - це біоактивна молекула, яка може вступати як в окисно-відновну, так і в адитивну реакції з іншими молекулами. Завдяки своїм невеликим розмірам, він може за короткий час перетнути біологічні мембрани та виконувати різні функції на місцях, деякі з яких є руйнівними для відповідного організму. Лише у архей сумнівно, чи має монооксид азоту біологічну функцію. У тварин це варіюється від передачі сигналу в судинній та нервовій системі до її ролі як активних видів азоту в неспецифічному імунному захисті. У рослинах також декілька процесів контролюються за допомогою NO-сигналів. З деструктивної сторони слід зазначити пошкодження білків та ДНК, що пов’язано з хронічними запальними процесами у ссавців та місцевим продукуванням NO. [15] Іншими передавачами газу є оксид вуглецю та сірководень. [16] [17]
історія
Наприкінці 70-х років фармаколог Ферід Мурад вперше усвідомив фізіологічні ефекти оксиду азоту (NO). Під час досліджень з органічними нітратами - групою речовин, що використовуються для гострого болю в грудях - він виявив, що вони виділяють NO, що призводить до розширення судин (розширення судин). Фармаколог Роберт Ф. Фурчготт також вивчав вплив ліків на судини. Він з’ясував, що внутрішній судинний шар (ендотелій) виробляє невідому речовину (фактор), яка змушує м’язовий шар знижуватися (розслаблятися). Оскільки він не міг визначити речовину, він назвав її EDRF (релаксуючий фактор, одержуваний ендотелієм, фактор релаксації судинних м’язів, що походить від ендотелію). Лише у 1980-х роках вдалося розшифрувати невідому речовину EDRF. Луїс Дж. Ігнарро та Роберт Ф. Ферчготт незалежно визначили EDRF як оксид азоту.
У 1998 році Нобелівську премію з фізіології та медицини отримали американці Роберт Ферчготт, Ферід Мурад та Луїс Дж. Ігнарро. Дослідникам вперше вдалося продемонструвати велике значення NO для кровопостачання органів та його роль речовини-передавача в організмі. Знання про NO відкриває нові можливості у лікуванні судинних захворювань та пошкодження органів.
біосинтез
NO виробляється з амінокислоти L-аргініну синтезами NO (NOS) з використанням NADPH, тетрагідробіоптерину (BH4), флавіну аденіндинуклеотиду (FAD), флавіну мононуклеотиду (FMN), гему та кальційзв’язуючому білку (CaM) і вироблений кисень. Цитрулін та вода виробляються як подальші кінцеві продукти. Сьогодні ідентифіковано чотири ізоформи NOS, з яких ендотеліальна NOS (eNOS) та нейрональна NOS (nNOS) є конститутивно вираженими, тоді як індукована ізоформа NOS (iNOS) індукується на рівні транскрипції. Усі чотири ізоформи мають високу послідовність гомології з редуктазою цитохрому P450 і локалізовані в певних типах клітин.
Фізіологічна адаптація
Як пристосування до життя у високогір’ї на висоті 4000 метрів, у крові тибетців у десять разів більше NO, ніж у мешканців на рівні 200 метрів над рівнем моря, що призводить до подвоєння кровотоку порівняно з жителями низовин і, отже, до оптимізованого постачання кисню. [18]