E 290 углекислый газ

с использованием L-аргинина и оксида азота

Азот оксид (NO)

  • Разнообразие физиологических функций в организме человека и других живых организмов
  • Регуляция сосудистого тонуса
  • Противовоспалительное действие
  • Участие в иммунном ответе

Сероводород (H₂S)

  • Участие в регуляции артериального давления
  • Антиоксидантные свойства
  • Защита от повреждений органов

Углекислый газ (CO₂)

  • Регуляция дыхания
  • Участие в регуляции pH
  • Роль в организме как газотрансмиттер

Аммиак (NH₃)

  • Регуляция артериального давления
  • Участие в обмене аминокислот
  • Регуляция желудочной кислотности

Использование сигнальных молекул газообразных веществ в медицине и научных исследованиях позволяет более глубоко понять принципы регуляции физиологических процессов в организме. Подробное изучение каждой молекулы позволяет расширить наши знания о функциях организма и способах воздействия на него, что может привести к разработке новых методов лечения и предотвращения заболеваний.

Механизм действия производных нитроимидазола

Механизм бактерицидного и антипротозойного действия производных нитроимидазола, например, метронидазола, заключается в образовании свободного оксида азота (II) в бактериальной или простейшей клетке в анаэробных условиях. Это приводит к образованию токсичных свободных радикалов, повреждению белков и ДНК, что в итоге убивает микроорганизм.

Одним из механизмов бактерицидного действия производных нитрофурана, например, фурацилина, является образование свободного NO в бактериальной клетке.

Роль оксида азота в повреждении тканей

Эндогенный оксид азота может способствовать повреждению тканей при ишемии и реперфузии из-за избыточного образования пероксинитрита, который является сильным окислителем.

Напротив, при отравлении паракватом вдыхание оксида азота помогает повысить выживаемость и улучшить восстановление, так как паракват вызывает образование супероксида и пероксида водорода, что может быть снижено за счет воздействия оксида азота.

Реактивность оксида азота в живых тканях

Оксид азота может играть важную роль в регулировании различных процессов в организме, таких как вазодилатация, иммунные ответы и трансмиттерные функции, однако его избыток может быть опасен из-за возможного повреждения тканей.


Обратите внимание, что пространства между абзацами и использование подзаголовков делает текст более удобочитаемым для читателей.

Роль угарного газа в функционировании печени

Помимо регуляции физиологических функций печени, угарный газ также играет важную роль в улучшении желчевыделительной функции органа. Это оказывается особенно полезным в условиях эндотоксемии, такой как бактериальная эндотоксемия.

Механизм действия угарного газа

Угарный газ, который вырабатывается в большом количестве в результате индукции активности гемоксигеназы-1, благоприятно влияет на выделение желчи. Он способствует улучшению кровотока в печени за счет вазодилатации, которую он вызывает. Важно отметить, что это вазодилатирующее действие обусловлено угнетением монооксигеназ системы цитохромов, а не увеличением активности гуанилатциклазы.

Экскреция желчи

Действие угарного газа также направлено на стимуляцию желчеотделения в печени. Это происходит как за счет улучшения кровотока, так и за счет прямого воздействия на гепатоциты. Уровень суммарной желчи увеличивается при воздействии угарного газа, однако стоит отметить, что при высоких концентрациях этот процесс может быть заблокирован.

Эффекты угарного газа на желчевыделительную функцию печени

Результаты исследований показывают, что угарный газ способствует не только повышенному выделению желчи, но также увеличивает содержание в ней желчных пигментов, а также глютатиона. Содержание холестерина, фосфолипидов или желчных кислот при этом не меняется.

Заключение

Угарный газ играет важную роль в регуляции желчевыделительной функции печени и может быть полезен в условиях токсической нагрузки на орган. Точные механизмы, с помощью которых угарный газ воздействует на желчеотделение, требуют дальнейших исследований, но уже сейчас ясно, что он способствует надежной экскреции желчи и желчных пигментов, особенно в условиях стресса и деятельности печени.

Влияние эндогенного угарного газа на кровеносный регуляцию и гипертоническую болезнь

В результате своей высокой способности обратимо связываться с железосодержащими белками, эндогенный угарный газ способен взаимодействовать с растворимой гуанилатциклазой, а также с цитохромами P450 и цитохромоксидазами, и реализует внутриклеточную передачу своего сигнала через них.


Эндогенный угарный газ vs оксид азота (II)

Эндогенный угарный газ и эндогенный оксид азота (II) обладают способностью взаимодействовать с белками, но их физиологическое действие отличается. Угарный газ является частичным агонистом активации гуанилатциклазы, в то время как оксид азота (II) — полным.

При низких концентрациях оксида азота (II) или его полном отсутствии, угарный газ стимулирует гуанилатциклазу, что приводит к вазодилатации. Однако при нормальном или повышенном уровне оксида азота (II) угарный газ конкурирует с ним, приводя к снижению активности гуанилатциклазы и вазоконстрикции.


Влияние эндогенного угарного газа на артериальную гипертонию

Имаи и коллеги провели исследования на трансгенных мышах, у которых повышена концентрация угарного газа. Эти мышки оказались гипертониками и проявляли устойчивость к сосудорасширяющему действию нитратов.

Предполагается, что конкурентный антагонизм между угарным газом и оксидом азота (II) за связывание с гуанилатциклазой играет роль в развитии артериальной гипертензии.


Регуляция сосудистого тонуса

Сосудистый тонус регулируется соотношением эндогенного угарного газа и оксида азота (II), которые связываются с гуанилатциклазой и модулируют её функцию.

Избыточное образование оксида азота (II) может привести к индукции гемоксигеназы-1 и увеличению образования угарного газа, что снижает сосудорасширяющее действие оксида азота. Этот механизм может быть одной из причин устойчивости к нитратам у пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями.


Выводы из проведенных исследований подчеркивают важное влияние эндогенного угарного газа на сосудистую регуляцию и подчеркивают его роль в патологии артериальной гипертонии. Дальнейшие исследования в этой области позволят более глубоко понять механизмы действия газов на организм человека.


Помните, что перед принятием каких-либо решений о лечении или заболевании всегда следует обращаться к квалифицированному медицинскому специалисту.

Угарный газ также является важным источником углерода для микроорганизмов. Они используют угарный газ для восстановления и преобразования в метан и ацетил-коэнзим А при помощи фермента CO-дегидрогеназы. Интересно, что CO-дегидрогеназа, в отличие от многих других ферментов, взаимодействующих с угарным газом, не содержит гема. Вместо этого в активном каталитическом центре CO-дегидрогеназы используется молибден или никель, которые образуют с CO менее прочные связи, чем железо гема. Кроме того, анаэробные бактерии, обладающие способностью производить гемолитические токсины, экспрессируют бактериальную гемоксигеназу и, таким образом, способны сами окислять гем, образующийся при разрушении гемоглобина крови под влиянием их гемолитических токсинов, и добывать из гема угарный газ и двухвалентное железо для собственных биохимических нужд. Бактериальная гемоксигеназа анаэробных гемолизирующих микробов выполняет те же функции, что и гемоксигеназа млекопитающих — окисляет и разрушает гем, добытый микробами из пищи (из повреждённых тканей с их гемосодержащими белками) или из гемоглобина гемолизированных эритроцитов, с образованием свободного двухвалентного железа и угарного газа.

У многих видов бактерий, в том числе сапрофитных бактерий кишечника, также обнаружен интересный гемосодержащий белок, названный CooA и являющийся высокочувствительным химическим детектором (сенсором) содержания угарного газа в окружающей среде. Комплекс CooA с угарным газом (CooA-CO) является фактором транскрипции, стимулирующим интенсивное размножение бактерий. В то же время известно, что гемоксигеназа-2, конституционально активная и всегда производящая угарный газ, обильно экспрессируется в нервных окончаниях желудочно-кишечного тракта. Предполагается, что бактерии, обитающие в ЖКТ, не только используют образуемый в нервных клетках кишечника хозяина угарный газ для собственных метаболических нужд, но и воспринимают его в качестве сигнала для интенсификации размножения, и что, регулируя выделение угарного газа в нервных окончаниях кишечника, нервная система хозяина способна регулировать интенсивность размножения в нём сапрофитных бактерий.

Образование эндогенного угарного газа закономерно вызывает образование в крови человека небольшого количества карбоксигемоглобина, даже если человек не курит и дышит не атмосферным воздухом (всегда содержащим небольшие количества экзогенного угарного газа), а чистым кислородом или смесью азота с кислородом.

Эндогенный сероводород производится в небольших количествах клетками млекопитающих и выполняет ряд важных биологических функций, в том числе сигнальную. Это третий из открытых «газотрансмиттеров» (после окиси азота и угарного газа).

Сигнальный каскад этилена у растений. Этилен легко проникает сквозь клеточную мембрану и связывается с рецепторами, расположенными на эндоплазматическом ретикулуме. Рецепторы после активации высвобождают связанный EIN2. Это активирует каскад передачи сигнала, который приводит к активации экспрессии определённых генов и в конечном итоге к включению специфического ответа на этилен у данного растения в данной фазе созревания. Активированные участки ДНК считываются в мРНК, которая, в свою очередь, в рибосомах считывается в функционирующий белок фермента, который катализирует биосинтез этилена, тем самым продукция этилена в ответ на изначальный этиленовый же сигнал повышается до определённого уровня, запуская каскад реакций созревания растения

Цикл биосинтеза этилена начинается с превращения аминокислоты метионина в S-аденозил-метионин (SAMe) при помощи фермента метионин-аденозилтрансферазы. Затем S-аденозил-метионин превращается в 1-аминоциклопропан-1-карбоксиловую кислоту (АЦК, ACC) при помощи фермента 1-аминоциклопропан-1-карбоксилат-синтетазы (АЦК-синтетазы). Активность АЦК-синтетазы лимитирует скорость всего цикла, поэтому регуляция активности этого фермента является ключевой в регуляции биосинтеза этилена у растений. Последняя стадия биосинтеза этилена требует наличия кислорода и происходит при действии фермента аминоциклопропанкарбоксилат-оксидазы (АЦК-оксидазы), ранее известной как этиленобразующий фермент. Биосинтез этилена у растений индуцируется как экзогенным, так и эндогенным этиленом (положительная обратная связь). Активность АЦК-синтетазы и, соответственно, образование этилена повышается также при высоких уровнях ауксинов, в особенности индолуксусной кислоты, и цитокининов.

Оксид азота (II)

Оксид азота (белый) в цитоплазме клеток хвойных пород деревьев через час после механического воздействия. Темно-зелёные круги в клетках — ядра, в некоторых из ядер, в свою очередь, заметны ядрышки (светло-зелёные)

У растений эндогенный оксид азота может производиться одним из четырёх способов:

Синильная кислота (цианистый водород)

У некоторых организмов аммиак образуется из атмосферного азота с помощью ферментов, называемых нитрогеназами. Этот процесс называется фиксацией азота. И хотя маловероятно, что когда-либо будут изобретены биомиметические методы, способные конкурировать по производительности с химическими методами производства аммиака из азота, тем не менее учёные прилагают большие усилия к тому, чтобы как можно лучше понять механизмы биологической фиксации азота. Научный интерес к этой проблеме отчасти мотивируется необычной структурой активного каталитического центра азотфиксирующего фермента (нитрогеназы), которая содержит необычный биметаллический молекулярный ансамбль Fe7MoS9.

Аммиак является также конечным побочным продуктом метаболизма аминокислот, а именно продуктом их дезаминирования, катализируемого такими ферментами, как глутамат-дегидрогеназа. Экскреция аммиака в неизменённом виде является обычным путём детоксикации аммиака у водных существ (рыбы, водные беспозвоночные, отчасти амфибии). У млекопитающих, включая человека, аммиак обычно быстро превращается в мочевину, которая гораздо менее токсична и, в частности, имеет менее щелочную реакцию и меньшую реакционную способность в качестве восстановителя. Мочевина является основным компонентом сухого остатка мочи. Большинство птиц, пресмыкающихся, насекомых, паукообразных, однако, выделяют в качестве основного нитрогенного остатка не мочевину, а мочевую кислоту.

Менее выраженная, однако клинически существенная, гипераммониемия может наблюдаться при любых процессах, при которых наблюдается повышенный катаболизм белков, например, при обширных ожогах, синдроме сдавления или размозжения тканей, обширных гнойно-некротических процессах, гангрене конечностей, сепсисе и т. д., а также при некоторых эндокринных нарушениях, таких, как сахарный диабет, тяжёлый тиреотоксикоз. Особенно высока вероятность возникновения гипераммониемии при этих патологических состояниях в тех случаях, когда патологическое состояние, помимо повышенного катаболизма белков, вызывает также выраженное нарушение детоксицирующей функции печени или выделительной функции почек.

Эндогенный ацетальдегид в организме человека и животных образуется благодаря окислению эндогенного или экзогенного этанола ферментом алкогольдегидрогеназой. Он постоянно присутствует в низких концентрациях в крови и вызывает вазодилатацию (расслабление гладкомышечных клеток стенок сосудов), предположительно вследствие воздействия на кальциевые каналы. Клетки эндотелия сосудов способны окислять ацетальдегид до уксусной кислоты, ацетил-КоА и в конечном счёте углекислого газа и воды.

Содержание углекислого газа в крови человека приблизительно таково:

Углекислый газ (CO2) транспортируется в крови тремя различными способами (точное соотношение каждого из этих трёх способов транспортировки зависит от того, является ли кровь артериальной или венозной).

Гемоглобин, основной кислород-транспортирующий белок эритроцитов крови, способен транспортировать как кислород, так и углекислый газ. Однако углекислый газ связывается с гемоглобином в ином месте, чем кислород. Он связывается с N-терминальными концами цепей глобина, а не с гемом. Однако благодаря аллостерическим эффектам, которые приводят к изменению конфигурации молекулы гемоглобина при связывании, связывание углекислого газа понижает способность кислорода к связыванию с ним же, при данном парциальном давлении кислорода, и наоборот — связывание кислорода с гемоглобином понижает способность углекислого газа к связыванию с ним же, при данном парциальном давлении углекислого газа. Помимо этого, способность гемоглобина к преимущественному связыванию с кислородом или с углекислым газом зависит также и от pH среды. Эти особенности очень важны для успешного захвата и транспорта кислорода из лёгких в ткани и его успешного высвобождения в тканях, а также для успешного захвата и транспорта углекислого газа из тканей в лёгкие и его высвобождения там.

Углекислый газ является одним из важнейших медиаторов ауторегуляции кровотока. Он является мощным вазодилататором. Соответственно, если уровень углекислого газа в ткани или в крови повышается (например, вследствие интенсивного метаболизма — вызванного, скажем, физической нагрузкой, воспалением, повреждением тканей, или вследствие затруднения кровотока, ишемии ткани), то капилляры расширяются, что приводит к увеличению кровотока и соответственно к увеличению доставки к тканям кислорода и транспорта из тканей накопившейся углекислоты. Кроме того, углекислый газ в определённых концентрациях (повышенных, но ещё не достигающих токсических значений) оказывает положительное инотропное и хронотропное действие на миокард и повышает его чувствительность к адреналину, что приводит к увеличению силы и частоты сердечных сокращений, величины сердечного выброса и, как следствие, ударного и минутного объёма крови. Это также способствует коррекции тканевой гипоксии и гиперкапнии (повышенного уровня углекислоты).

Ионы гидрокарбоната очень важны для регуляции pH крови и поддержания нормального кислотно-щелочного равновесия. Частота дыхания влияет на содержание углекислого газа в крови. Слабое или замедленное дыхание вызывает респираторный ацидоз, в то время как учащённое и чрезмерно глубокое дыхание приводит к гипервентиляции и развитию респираторного алкалоза.

Дыхательный центр человека пытается поддерживать парциальное давление углекислого газа в артериальной крови не выше 40 мм рт. ст. При сознательной гипервентиляции содержание углекислого газа в артериальной крови может снизиться до 10-20 мм рт. ст., при этом содержание кислорода в крови практически не изменится или увеличится незначительно, а потребность сделать очередной вдох уменьшится как следствие уменьшения стимулирующего влияния углекислого газа на активность дыхательного центра. Это является причиной того, почему после некоторого периода сознательной гипервентиляции легче задержать дыхание надолго, чем без предшествующей гипервентиляции. Такая сознательная гипервентиляция с последующей задержкой дыхания может привести к потере сознания до того, как человек ощутит потребность сделать вдох. В безопасной обстановке такая потеря сознания ничем особенным не грозит (потеряв сознание, человек потеряет и контроль над собой, перестанет задерживать дыхание и сделает вдох, дыхание, а вместе с ним и снабжение мозга кислородом, восстановится, а затем восстановится и сознание). Однако в других ситуациях, например, перед нырянием, это может быть опасным (потеря сознания и потребность сделать вдох наступят на глубине, и в отсутствие сознательного контроля в дыхательные пути попадёт вода, что может привести к утоплению). Именно поэтому гипервентиляция перед нырянием опасна и не рекомендуется.

Обнаруженные в организме 6- и 8-членные макроциклические полимеры недокиси углерода являются эндогенными дигоксиноподобными соединениями, ингибиторами Na+/K±АТФ-азы, кальций-зависимой АТФ-азы, эндогенными натриуретиками, антиоксидантами и антигипертензивными веществами

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *