Der vasodilatatorische Effekt der Aminosäure l-arginin Stereospezifität und Insulinabhängigkeit
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- I.4.2 Unterformen und Vorkommen der NO-Synthetase
- I.4.3 Aufbau und Funktion
20 L-Arginin kommt im Blut in Konzentrationen von 40-90 µM vor und in Zellen im Bereich von 1 mM (MacAllister et al., 1995). Die Aminosäure hat die Aufmerksamkeit der Wissenschaft auf sich gezogen durch die Entdeckung, dass eines ihrer Stoffwechselprodukte – NO - ein wichtiges Messengermolekül ist für Prozesse der Neurotransmission, Vasodilatation, Entzündungsvorgänge und die Regulation der Genexpression. Dennoch stellt dieser Stoffwechselzweig nur einen kleinen Teil dar in der Gesamtheit der Metabolisierungswege von L-Arginin in vivo. Derzeitige Studien und die vorliegende kommen zu der Annahme, das L-Arginin wahrscheinlich nicht Dosis-limitierend für die NO-Produktion ist, worauf ich zu einem späteren Zeitpunkt noch einmal näher eingehen möchte. L-Arginin führt in Bereichen von 10 mM zu vaskulären Reaktionen und zur Ausschüttung zahlreicher Hormone: Insulin, Glucagon, Wachstumshormone und Prolaktin. Diese Effekte sind nicht stereospezifisch, D-Arginin konnte derartige Veränderungen ebenfalls erwirken (Calver et al., 1991). Auf der anderen Seite stellt L-Arginin die vasodilatatorische Antwort auf Acetylcholin bei Patienten mit Hypercholesterinämie wieder her, diese Reaktion ist stereospezifisch. I.4.2 Unterformen und Vorkommen der NO-Synthetase Die Reaktion bei der NO und Citrullin als Reaktionsprodukte anfallen wird durch das Enzym Stickstoffmonoxid-Synthetase katalysiert, wovon bisher 6 Formen entdeckt wurden, die genetisch unabhängig voneinander kodiert sind (Forstermann et al., 1991). Es wird unterschieden zwischen konstitutiven, Ca 2+ -/ Calmodulin-abhängigen (cNOS) und induzierbaren NOS (iNOS, synonym NOS-II), die funktionell Ca 2+ -/ Calmodulin- abhängig sind. Die konstitutiven NOS werden weiter unterteilt in neuronale (bNOS, synonym nNOS, NOS-I genannt) und endotheliale NOS (ecNOS, synonym NOS-III, eNOS genannt) (Lowenstein et al., 1994; Moncada et al., 1988; Moncada et al., 1989; Moncada et al., 1989A; Thomsen et al., 1994 ). Die konstitutiven cNOS sind zu finden in den Zellen des Endokards und Myokards, Thrombozyten sowie Zellen des peripheren und zentralen Nervensystems. 21 Die wichtigste Hauptwirkung der ecNOS, hautsächlich lokalisiert in endothelialen Zellen, ist die Kontrolle des vaskulären Tonus. Daneben beeinflusst sie aber auch die Adhäsion von Leukozyten und Thrombozyten an den Blutgefäßwänden.
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Rezeptorstimulation via Bradykinin, Acetylcholin oder Stress führt zum Kalziuminflux mit konsekutiver Aktivierung der konstitutiven ecNOS bei steigendem Ca-Spiegel. ecNOS formt NO aus dem Edukt L-Arginin. NO diffundiert in die benachbarte glatte Gefäßmuskelzelle und aktiviert eine gelöste Guanylatcyclase, die zyclisches Guanosinmonophosphat (cGMP) aus Guanosintriphosphat (GTP) formt. Erhöhte Spiegel an GTP in der Muskelzelle führen schließlich zu deren Relaxation.
Die NO-Ausschüttung durch die bNOS ist an der Neurotransmission im zentralen und peripheren Nervensystem beteiligt wie z.B. der Hormonausschüttung. Es sei zu erwähnen, dass die Aktivierung der bNOS wesentlichen Einfluss auf die penile Erektion (Knowles et al., 1994) nimmt. Die induzierbaren NOS kommen in den Zellen der Immunabwehr (Makrophagen, neutrophile Granulozyten) (Kubes et al., 1991), Thrombozyten (Radomski et al., 1991), Endothelzellen, glatten Gefäßmuskelzellen (Garg et al., 1989), Myokardzellen (de Belder et al., 1993), Endokardzellen und Astrozyten des ZNS vor; prinzipiell werden sie aber ubiquitär von nahezu allen Endothelzelle
sGc
sGc + + GTP GTP cGMP cGMP Relaxation Relaxation Ca Ca 2+ 2+ Ca Ca 2+ 2+ + + Glatte Muskel- zelle Bradkinin Bradkinin Acetylcholin Acetylcholin + + Stress Stress 22 Köperzellen exprimiert (Hibbs et al., 1987; Hibbs et al., 1987A; Nathan et al., 1992). Je nach Gewebeart ist die NO-Synthetase an unterschiedlich Stellen lokalisiert. Während bNOS und iNOS als zytosolische Form vorkommen, ist die endotheliale NOS sowohl membrangebunden als auch zytosolisch zu finden (Ketteler et al., 1998). Das Substrat für die NO-Synthese ist die semi-essentielle Aminosäure L-Arginin.
NO existiert in 3 chemischen Grundformen, wobei nicht bekannt ist, in welcher Form NO von den Zellen sezerniert wird. Das freie Radikal Stickstoffmonoxid (NO • ) kann 1.) durch Entfernung eines Elektrons via Oxidation in NO + (Nitrosoniumkation) überführt werden oder 2.) durch Hinzufügen eines weiteren Elektrons zum antibindenden Orbital via Reduktion zu NO - (Nitroxylanion) (Stamler et al., 1992). NO reagiert überdies mit körpereigenen Proteinen (z.B. Hämoglobin, Myoglobin) (Calver et al., 1993) und anderen Enzymen die Eisen-Schwefelzentren besitzen (Ignarro et al., 1991. Moncada et al., 1989; Moncada et al., 1989A). Beide Enzymunterklassen der NO-Synthetasen sind von multiplen Co-Faktoren abhängig und besitzen daher Bindungsstellen für Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) und Flavin-Adenin-Mononukleotid (FMD), (6R)-5,6,7,8-tetrahydro-L-Biopterin (H 4 Bip) und Eisen-Protoporphyrin IX (Häm), die als prosthetische Gruppen der Oxidasen fungieren. Zusätzlich existieren Bindungsstellen für Nicotinsäureamid-Adenin-Dinucleotidphosphat (NADPH) und Phosphorylierungsstellen. Als wichtigste Co-Faktor-Bindungsstelle enthalten alle NOS H 4 Bip, das essentiell ist für die enzymatische Aktivität, weil es diese und die NO-Produktion aus L-Arginin maximal aktiviert durch Stabilisierung der sterischen Konfirmation und Förderung der Dimer- Bildung. Nur homodimerische NOS sind in der Lage, L-Arginin zu metabolisieren. Zusätzlich scheinen einzelne ZnS 4 -Untereinheiten wichtig zu sein, sowohl für die Stabilität des Dimers als auch der H 4 Bip-Bindungsstelle (Bommel et al., 1998; Fischmann et al., 1999; Klatt et al., 1994; Klatt et al., 1995; Moncada et al., 1993; Poulos et al., 1998; Raman et al., 1998; Tayeh et al., 1989). Kotsonis et al., Yüklə 0,52 Mb. Dostları ilə paylaş:
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