Twoja wyszukiwarka

JACEK PRZYBYLSKI
ŚWIATŁO NA NO
Wiedza i Życie nr 6/2001
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 6/2001

Najwięcej o zadziwiających właściwościach tlenku azotu dowiedzieliśmy się przy okazji prezentacji Viagry. Nowe informacje o NO wydają się równie ekscytujące jak lek na impotencję.

Jak to często bywa w nauce, również odkrycie niezwykłych właściwości tlenku azotu było dziełem przypadku. Profesor Robert Furchgott przez kilkanaście lat prowadził badania nad mechanizmami rozszerzania naczyń krwionośnych pod wpływem różnych substancji. Prawą ręką profesora był technik polskiego pochodzenia John V. Zawadzki. W 1980 roku, preparując skrawki naczyń, przez nieuwagę usunął on delikatne komórki śródbłonka wyściełające wnętrze każdego naczynia i mimo to przeprowadził zaplanowane doświadczenie. Ku wielkiemu zaskoczeniu wszystkich acetylicholina, która dotąd powodowała rozkurcz naczyń, teraz wywołała ich skurcz.

Profesor Furchgott nie tylko nie złościł się na swego współpracownika, ale ten dziwny wynik doświadczenia potraktował jako punkt wyjścia do dalszych badań. Po kilku miesiącach intensywnej pracy dokonał jednego z najważniejszych odkryć XX wieku w dziedzinie fizjologii. Jego istota sprowadza się do tego, że śródbłonek naczyń jest nie tylko mechaniczną barierą oddzielającą krew od pozostałych struktur ściany naczyniowej. Decyduje także o napięciu mięśni gładkich, dzięki czemu wpływa zarówno na przepływ krwi przez narządy, jak i na ciśnienie tętnicze. A wszystko to dzięki tlenkowi azotu (NO), małej, prostej cząsteczce chemicznej, wytwarzanej przez komórki śródbłonka.

Za odkrycie roli tlenku azotu w regulacji napięcia mięśni gładkich ścian naczyń krwionośnych profesorowie Robert Furchgott, Louis J. Ignaro i Ferid Murad otrzymali w roku 1998 Nagrodę Nobla [patrz: "Ulotny Nobel", WiŻ nr 2/1999]. Już wtedy było jednak wiadomo, że tlenek azotu może być wytwarzany nie tylko przez komórki śródbłonka, ale również przez inne komórki ludzkiego organizmu. Powstaje on z aminokwasu argininy pod wpływem specyficznego enzymu, występującego w kilku różnych odmianach. Mimo że NO jest niezwykle reaktywnym związkiem chemicznym, który z dużą łatwością wchodzi w reakcje niszczące struktury organiczne, to pełni w organizmie człowieka bardzo pożyteczną funkcję. Oczywiście pod warunkiem, że nie występuje w nadmiarze.

Właśnie ze względu na dwoistą naturę tlenku azotu wydawało się oczywiste, że każda jego cząsteczka produkowana jest niejako na zamówienie; wtedy, kiedy jest naprawdę potrzebna. Zdziwienie budził jedynie fakt, że synteza NO zachodzi z dużą prędkością. Pod koniec ubiegłego roku ukazał się na łamach prestiżowego czasopisma American Journal of Physiology artykuł, który rozwikłał tę zagadkę.

Autorzy na podstawie prostego doświadczenia odkryli rzecz niezwykłą. Okazało się, że pod wpływem światła widzialnego wzrasta przepływ krwi w naczyniach krwionośnych zwierząt. Maksymalny efekt uzyskali przy długościach fali 410-420 nm, 540-550 nm i 570-580 nm. Żadna z tych długości fal nie obejmuje promieniowania podczerwonego, zatem przyczyną wzmożonego przepływu krwi nie mógł być wzrost temperatury. Skomplikowana analiza widmowa dostarczyła dowodów, że za występowanie takiej reakcji był odpowiedzialny tlenek azotu, który światło uwalnia z... hemoglobiny. Innymi słowy okazało się, że zwierzęta mają podręczny magazyn tlenku azotu!

Fakt, że grupy siarczkowe w cząsteczce hemoglobiny wiążą się z tlenkiem azotu, znany był od dawna, nie budził jednak większego zainteresowania fizjologów. Nikt nie wpadł na pomysł, że jest to wprost genialny sposób obrony organizmu przed niebezpieczeństwem nadmiaru tej substancji. Cóż bowiem się stanie, gdy z jakiś powodów dojdzie do nadmiernej produkcji tlenku azotu? Nic, bo zostanie on wychwycony przez hemoglobinę. Tak to już bywa, że najprostsze rozwiązania najdłużej bronią swych tajemnic.

Przedstawione wyniki nie wyjaśniają jednak w pełni mechanizmu "odzyskiwania" NO z hemoglobiny. Gdyby czynnikiem sprawczym było tylko światło widzialne, tlenek azotu pojawiałby się wyłącznie w powierzchniowych warstwach skóry. Ponieważ tak nie jest, istnieją najprawdopodobniej również inne czynniki, ale na razie nic o nich nie wiemy. Tlenek azotu pełni w organizmie człowieka wiele ważnych funkcji: przeciwdziała rozwojowi nadciśnienia tętniczego krwi, zapobiega rozwojowi miażdżycy, rozszerza drogi oddechowe, pomaga zwalczyć infekcje, reguluje wydzielanie niektórych hormonów. Wraz z odkryciem, że organizmy żywe dysponują zapasami NO, pojawiła się nadzieja na szybkie i łatwe dostarczenie tej substancji w razie nagłej potrzeby.

Do rany... zaświeć

Jednym z istotniejszych czynników zapewniających prawidłowy proces gojenia się jest odpowiednie ukrwienie miejsca zranienia. Uniwersalnym czynnikiem zapewniającym wzrost przepływu krwi jest tlenek azotu syntetyzowany w śródbłonku. Niestety, wskutek zranienia dochodzi do uszkodzenia naczyń, także komórek śródbłonka. Dramatycznie obniża się więc miejscowe stężenie NO, a w konsekwencji przepływ krwi. Jak temu zapobiec? Być może odpowiedź przyniosą prowadzone obecnie badania nad możliwością pozyskania tlenku azotu z hemoglobiny pod wpływem światła widzialnego.

Sprytne bakterie

Hemoglobina powszechnie utożsamiana jest z transportem tlenu, jak zatem wytłumaczyć, że białko zbliżone budową do hemoglobiny występuje w wielu szczepach bakterii. Bakterie są organizmami jednokomórkowymi, nie potrzebują więc nośnika tlenu, a wiele szczepów w ogóle nie potrzebuje tlenu. Infekcje bakteryjne w przeważającej części są zwalczane przez wyspecjalizowane komórki układu odpornościowego, makrofagi. Jednym z najsilniejszych mechanizmów przeciwbakteryjnych, jaki potrafią one uruchomić, jest właśnie tlenek azotu. Bakterie wytworzyły więc niezwykle skuteczny mechanizm obronny - hemoglobinę, która wiąże ten "gaz bojowy".

Prof. dr hab. JACEK PRZYBYLSKI jest fizjologiem, kieruje Zakładem Biofizyki Akademii Medycznej w Warszawie.