Dołącz do czytelników
Brak wyników

inne , I

13 lipca 2016

Lotne słowa komórek 

107

Ich złą twarz dobrze znamy: trują, niszczą, paraliżują. Drugą - dobrą - dopiero poznajemy: pożytecznych, niezbędnych do życia substancji. Jak to zwykle bywa w przyrodzie, wszystko jest kwestią właściwych proporcji.

Tlenek azotu (NO), tlenek węgla (CO) czy siarkowodór (H2S) źle nam się kojarzą. Ten pierwszy z toksycznymi wyziewami samochodowymi, drugi – z wydobywającymi się z nieszczelnych pieców i piecyków spalinami, trzeci – z powalającym smrodem zgniłych jaj. Każdy z tych gazów jest skutecznym i bezwzględnym zabójcą, ale to tylko jedna z ich „twarzy”. Okazuje się bowiem, że produkuje je ludzki organizm i są niezwykle ważnym elementem mnóstwa procesów fizjologicznych. Nasze ciało traktuje je jak słowa tajemnego języka komórek. Wprawdzie nie dysponujemy jeszcze kompletnym słownikiem tego skomplikowanego systemu porozumiewania się, jednak uczonym krok po kroku udaje się „podsłuchać” i zrozumieć coraz więcej rozmów, jakie nieustannie prowadzą między sobą nasze tkanki. Co więcej – okazuje się, że niedobór lub brak NO, CO czy H2S prowadzi do wielu poważnych chorób, m.in. układu krążenia.

Tajemny język ciała
Nasze tkanki nieustannie komunikują się ze sobą. Dzięki temu są w stanie koordynować zachodzące w ich wnętrzach niezliczone procesy chemiczne, zamieniając zbiór milionów pojedynczych komórek w jeden, niezwykle skuteczny i precyzyjny mechanizm. Jeszcze w połowie minionego stulecia uczeni uważali, że nośniki chemicznych wiadomości mają złożoną budowę: od całkiem sporych cząsteczek organicznych, jakimi są hormony, poprzez peptydy sygnałowe (czyli krótkie łańcuchy aminokwasów), aż po same białka (złożone z wielu aminokwasów, które przekazują sygnały biologiczne po skomplikowanych biochemicznych ścieżkach). Jednak 30 lat temu odkryli, że równie dobrze w roli chemicznych posłańców spisują się wspomniane gazy, których cząsteczki potrafi narysować każdy uczeń gimnazjum.

Ta prostota i wynikające z niej właściwości czynią tlenek azotu, tlenek węgla i siarkowodór nadzwyczaj skutecznymi. Wszystkie trzy są (w warunkach fizjologicznych) substancjami obojętnymi (a więc nie posiadają ładunku), dzięki czemu rozpuszczają się dobrze zarówno w wodzie, jak i w tłuszczach, które nie lubią naładowanych cząsteczek. Ta właściwość znacznie ułatwia im przenikanie (niczym duchy) przez błony komórkowe i zapewnia zdecydowaną przewagę nad wieloma bardziej skomplikowanymi substancjami, np. hormonami, które do skutecznego działania potrzebują wyspecjalizowanych w ich rozpoznawaniu białek, tzw. receptorów.

Do serca przez łóżko
W 1980 roku Robert Furchgott, amerykański specjalista w dziedzinie chorób układu krążenia, udowodnił, że istnieje lotna substancja, która powoduje rozszerzenie naczyń krwionośnych, a tym samym przyczynia się do obniżenia ciśnienia krwi. Produkują ją komórki wyściełające naczynia krwionośne. Jednak pomimo wielu wysiłków ani Robertowi Furchgottowi, ani farmakologowi Louisowi Ignarro, który kontynuował jego pracę, nie udało się określić, czym jest ta zagadkowa substancja.

Decydującym krokiem na drodze do rozwiązania zagadki było odkrycie dokonane przez farmaceutę Ferida Murada. Zainteresował się on mechanizmem leczniczego działania nitrogliceryny, od XIX wieku skutecznie stosowanej w leczeniu chorób układu krążenia. Zauważył, że mięśnie naczyń krwionośnych rozluźnia uwolniony z niej tlenek azotu, a nie – jak sądzono dotychczas – ona sama. Warto pamiętać, że nitrogliceryna jest też podstawowym składnikiem dynamitu, wynalezionego przez Alfreda Nobla, fundatora najbardziej prestiżowej nagrody na świecie. Szwedzki uczony przez wiele lat cierpiał na niedokrwienną chorobę serca i lekarze konsekwentnie ordynowali mu... nitroglicerynę. On sam uważał taką kurację za ironię losu i z dystansem podchodził zarówno do swojego wynalazku, jak i zaleceń medyków. „Nazywają ją «trinitryną», aby nie niepokoić aptekarzy i pacjentów” – mawiał z ironią.

Spostrzeżenie Murada podsunęło Furchgottowi i Ignarro rozwiązanie zagadki. W 1986 roku ogłosili, że ową tajemniczą substancją, którą organizm produkuje, aby utrzymać ciśnienie krwi na odpowiednim poziomie, jest właśnie tlenek azotu! Za to przełomowe odkrycie Furchgott, Ignarro i Murad otrzymali w 1998 roku Nagrodę
Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny.

Sekret nitrogliceryny został więc złamany, jednak w ostatnich latach zawrotną karierę zrobił inny lek, którego działanie również ma ścisły związek z tlenkiem azotu. Mowa o sildenafilu, znanym powszechnie pod handlową nazwą Viagra (w sanskrycie słowa viagra używa się na określenie tygrysa). Na czym polega jego działanie?

Otóż organizm produkuje substancję o nazwie cGMP, odpowiedzialną m.in. za wypełnianie krwią ciał jamistych prącia, a co za tym idzie – za wzwód. Aby jednak erekcja nie trwała wiecznie, cGMP jest stale usuwany przez odpowiedni enzym. Kiedy dochodzi do podniecenia seksualnego, organizm zaczyna wytwarzać tlenek azotu – to sygnał do zdecydowanego zwiększenia produkcji cGMP, co prowadzi do erekcji. Zdarza się jednak, że tlenku azotu jest zbyt mało i poziom cGMP nie wzrasta na tyle, aby zapewnić satysfakcjonujący wzwód. Wtedy właśnie przydaje się sildenafil, który blokuje enzym usuwający cGMP. Dzięki temu erekcja pojawia się nawet przy niewielkiej ilości tlenku azotu wyprodukowanego przez komórki nerwowe.

Tlenek azotu ma również wiele innych zastosowań. Na przykład makrofagi, czyli komórki odpornościowe naszego systemu immunologicznego, wykorzystują go do produkcji niezwykle skutecznego „gazu bojowego”. Gdy makrofagi napotkają bakterie – produkują nadtlenek wodoru (H2O2, czyli składnik wody utlenionej) oraz właśnie tlenek azotu.

W wyniku zachodzącej między tymi dwiema substancjami reakcji powstaje niezwykle toksyczny nadtlenoazotan, który niszczy „wrogów”, atakując ich błony oraz ściany komórkowe i wywołując u nich tzw. stres oksydacyjny. Niestety, broń chemiczną trudno jest kontrolować (o czym przekonali się choćby żołnierze niemieccy w czasie I wojny światowej) – może niszczyć zarówno wrogów (bakterie czy komórki nowotworowe), jak i własną armię (zdrowe komórki organizmu). Dlatego specjaliści uważają nadprodukcję NO za jedną z ważniejszych przyczyn cukrzycy czy chorób neurodegeneracyjnych (m.in. alzheimera i parkinsona).

Skąd jednak tlenek azotu w mózgu? Otóż jest on zaangażowany również w przekazywanie sygnałów w centralnym układzie nerwowym. Dzięki swojej budowie swobodnie przenika przez błony komórkowe i oddziałuje na wiele połączeń nerwowych. W trakcie kilkusekundowego życia cząsteczka tlenku azotu jest w stanie przebyć w mózgu odległość 0,3 milimetra – w kulce o takiej średnicy mieszczą się nawet dwa miliony połączeń nerwowych! Tak więc w przeciwieństwie do tradycyjnych przekaźników nerwowych (acetylocholiny czy glutaminianu), tlenek azotu zmienia aktywność wielu neuronów. Wiadomo też, że tlenek azotu jest zaangażowany w uczenie się i zapamiętywanie, ale jego rola w tych procesach nie została jeszcze w pełni wyjaśniona.

POLECAMY

Stres oksydacyjny – stan, gdy organizm nie potrafi sobie poradzić z usuwaniem nadmiaru utleniaczy (np. woda utleniona, kwas chlorowy) i w efekcie zachwiana zostaje równ...

Ten artykuł dostępny jest tylko dla Prenumeratorów.

Sprawdź, co zyskasz, kupując prenumeratę.

Zobacz więcej

Przypisy