Komerční prezentace
Registrace uživatele

Přihlašte se k odběru informací, novinek, získejte přístup do diskuzního fóra.

Vesmír č. 10
Vesmír č. 10
Toto číslo vychází
2. 10. 2017
Novinky
Zdarma jedno celé číslo Vesmíru v pdf.
• Říjnové číslo Vesmíru
reklama

Oxid dusnatý jako signální molekula

Proč nitroglycerin mírní srdeční bolesti
Publikováno: Vesmír 78, 75, 1999/2
Rubrika: Nobelovy ceny

Loni 12. října se uzavřela 91. kapitola oceňování výzkumné práce a zásadních objevů v medicíně a fyziologii Nobelovou cenou. Na stupních slávy se vystřídalo již 167 badatelů. Za rok 1998 tuto cenu obdrželi tři američtí farmakologové: Robert F. Furgott, Louis J. Ignarro a Ferid Murad. Byla jim udělena za objev oxidu dusnatého jako signální molekuly v kardiovaskulárním systému. Společné ocenění tří badatelů potvrdilo, že soudobý výzkum se bez kolektivní práce neobejde. Zatímco v prvním desetiletí nobelovské éry (1901–1910) převažovali mezi odměněnými úspěšní jednotlivci (bylo jich 80 %), v závěrečné dekádě (1989–1998) zastupuje jednotlivce pouze Stanley B. Prusiner (1997).

Historie oxidu dusnatého

Až do poloviny 80. let se o oxidu dusnatém (NO) mluvilo především jako o škodlivé složce výfukových plynů, fotochemického smogu a kyselých dešťů, či katalyzátoru zániku ozonové vrstvy ve vysokých hladinách atmosféry. Přitom jde o sloučeninu známou již drahnou dobu.

Prvním, kdo určil oxid dusnatý, byl John Mayow (1669) a o sto let později jej Joseph Priestley (1772) popsal jako bezbarvý plyn, který při –151 °C kondenzuje na bezbarvou kapalinu. Je až anekdotické, že sir Humphrey Davy (1778–1829), anglický chemik a vynálezce bezpečnostního důlního kahanu, sice objevil podivuhodné účinky oxidu dusného N2O (rajského plynu), ale málem zemřel, když se nadechl malého množství oxidu dusnatého NO.

Sám Alfréd Nobel, objevitel nitroglycerinu, stál i u kolébky objevu biologického významu oxidu dusnatého. Když však byl nemocen se srdcem a jeho lékař mu předepsal nitroglycerin, odmítl Nobel tento lék užívat, jelikož o něm dobře věděl, že vyvolává bolesti hlavy. V jednom ze svých dopisů se zmínil: „Jaká ironie, že podle mého lékaře bych měl užívat právě nitroglycerin.“

Tři fáze objevu signální molekuly NO
Přes sto let trvalo, než se objasnilo, proč nitroglycerin zmírňuje srdeční bolesti – že uvolňuje oxid dusnatý, který vyvolá rozšíření koronárního řečiště.

Oxid dusnatý je jednou z deseti nejmenších molekul mezi stovkami milionů molekul, které se v přírodě vyskytují. Je to molekula velice nestabilní, takže se po svém vzniku během několika sekund změní na nitrát nebo nitrit. Jak vlastně výzkum biologických účinků NO začal?

  • Ferid Murad se zabýval příčinami vazodilatačního efektu nitroglycerinu a jeho derivátů. R. 1977 objasnil, že se z těchto látek uvolňuje NO, který vyvolává relaxaci hladkého svalstva.
  • R. F. FurgottJohnem Zawadskim v Downstate Medical Center v Brooklynu r. 1980 experimentovali s vazodilatačními látkami, které rozšiřují průsvit cév. Zjistili, že účinek těchto látek mizí, když se cévní stěna mechanicky zbaví vnitřní výstelky – endotelu. Tento výsledek znamenal, že vazodilatační látky (především acetylcholin) nepůsobí relaxačně přímo na svalstvo cév, nýbrž prostřednictvím nějakého faktoru, vázaného právě na buňky cévního endotelu. Furgott se Zawadskim došli k závěru, že tyto buňky produkují endoteliální relaxační faktor (EDRF) neznámé povahy.
  • L. J. Ignarro po rozsáhlé analytické práci r. 1986 usoudil, že onen neznámý faktor je shodný s oxidem dusnatým, který v dané reakci funguje jako signální molekula mezi endotelovou buňkou a buňkou hladkého svalu cév.

Později byl odhalen také fyziologický enzymatický mechanizmus vzniku i likvidace molekuly NO. Na tvorbě endogenního oxidu dusnatého, který je konečným produktem konverze L-argininu na L-citrulin, se podílí jako biologický katalyzátor speciální enzym NO-syntáza.

Využití objevu ve fyziologii
Objev vyprovokoval kaskádu výzkumných prací, v nichž se mnohostranná signální úloha NO v mezibuněčném přenosu informací dodnes blíže objasňuje. Česká pracoviště, jak akademická, tak univerzitní, tento výzkumný trend zachytila velice brzy. Není snad oblasti fyziologie a medicíny, v níž by nebyla identifikována stopa účasti NO v komunikačních procesech organizmu. Dnešní badatelský zájem o molekulu NO je zaměřen především na kardiovaskulární systém – se zvláštním zřetelem na regulaci krevního tlaku, na imunitní systém a mechanizmus zánětu, a konečně na centrální nervový systém.

Každá z těchto oblastí představuje soubor problémů. Vliv NO na hladké svalstvo znamená regulační zásahy do funkce cév, do motoriky dýchacích cest či do složitých pohybových pochodů v gastrointestinálním systému a urogenitální soustavě.

Podobně účinek NO na jeden funkční ukazatel (např. na krevní tlak) znamená zásah nejen do srdeční a cévní činnosti, ale i do funkce ledvin.

Při pátrání po úloze NO ve funkcích centrálního nervového systému jde o dva základní problémy: o úlohu NO v reakcích centrálních neuronů na excitační aminokyseliny a o úlohu NO v glutamátové neurotoxicitě. Při neurotoxickém poškození nervových buněk excitačními aminokyselinami během nedostatku kyslíku a při neuronální degeneraci rozbíhá sérii těchto dějů právě oxid dusnatý.

Zkoumání úlohy NO posunuje jednotlivé obory o krok kupředu. Zmiňme se alespoň o tom, že objev signálního významu NO vyvolal v badatelských kruzích zájem o další možné kandidáty. Dnes se uvažuje o signálním významu oxidu uhelnatého nebo kyseliny arachidonové. Ve všech třech případech jde o nový typ komunikace a přenosu informací v biologických systémech, podstatně odlišný od dosud známých kategorií biologických působků typu hormonů, neurotransmiterů a neuromodulátorů.

Nobelova cena za medicínu 1998 tedy nebyla udělena jen proto, že se jedna kapitola vývoje vědy uzavřela, ale také proto, že objev fyziologické úlohy oxidu dusnatého otevřel nové možnosti výzkumu.

Problematice oxidu dusnatého se Vesmír věnoval v řadě článků, které zachycují vývoj poznání i názorů na tuto molekulu a na její význam v živých organizmech. Následující seznam proto uvádíme chronologicky a nikoliv abecedně.


Schreiber V.: Od dynamitu přes Nitro-Mack k novému (mini)hormonu. 70, 94, 1991/2

Wilhelm J.: Vdechujeme ve městech hormony? 71, 548, 1992/10

Wilhelm J.: Oxid dusnatý jako druhý posel mozku. 71, 596, 1992/10

Ginter E., Wilhelm J.: Oxid dusnatý, molekulární děvečka pro všechno. 72, 255, 1993/5

Wilhelm J.: Další společné účinky NO a CO. 73, 595, 1994/10

Schreiber V.: Oxid dusnatý je také mediátorem denních rytmů. 74, 175, 1995/3

Schreiber V.: Oxid dusnatý a sex. 75, 116, 1996/2

Wilhelm J.: Úloha NO v centrálním nervovém systému. 75, 476, 1996/8

Schreiber V.: Plynové hormony (NO, CO) v akci. 75, 508, 1996/9

Wilhelm J.: Součinnost NO a peroxidu vodíku. 75, 707, 1996/12

Kelemen E.: Oxid dusnatý a pamäť. 76, 296, 1997/5

LAUREÁTI NOBELOVY CENY ZA MEDICÍNU V R. 1998

Robert F. Furgott (*1916) je základním vzděláním biochemik. Od r. 1956 zastával řadu profesorských funkcí na různých univerzitách nejen ve Státech, ale i v Evropě (Université de Geneva). Je mimořádným profesorem ve Farmakologickém ústavu Lékařské fakulty Univerzity v Miami. V letech 1984–1995 obdržel řadu prestižních ocenění.

Louis J. Ignarro (*1931) je rodákem z Brooklynu (v New Yorku). Absolvoval akademické vzdělání farmaceutického směru na Kolumbově univerzitě a na Univerzitě v Miami. Od r. 1985 je profesorem farmakologie na Univerzitě v Los Angeles (UCLA). Získal řadu čestných doktorátů i jiné významné pocty, například Lilly Research Award (1978).

Ferid Murad (*1936) získal lékařské vzdělání na Univerzitě v Clevelandu (v Ohiu). Zaměřil se na farmakologii a interní medicínu. Byl profesorem na řadě severoamerických univerzit. Jeho práce byla oceněna významnými cenami; naposledy, před letošním stockholmským zasedáním, to byla prestižní Albert Lasker Basic Medical Research Award (1996).

Soubory

Článek ve formátu PDF: 1999_V075-076.pdf (82 kB)

Diskuse

Žádné příspěvky