V minulém díle jsme objevili endotel.
Tenkou vrstvu buněk na vnitřní straně cév, která rozhodně není pouhou tapetou. Je to živý senzor, chemická laboratoř a dopravní dispečink v jednom.
A dnes si představíme jednoho z jeho nejrychlejších poslů.
Je nepatrný.
Žije jen krátce.
Je to plyn.
A přesto dokáže během okamžiku změnit průtok krve.
Jmenuje se:
oxid dusnatý – NO.
Malá molekula s obrovskou mocí
NO tvoří pouhý jeden atom dusíku a jeden atom kyslíku.
A pozor – je to radikál, protože má nepárový elektron.
To ale automaticky neznamená „něco špatného“.
Biologie používá radikály také jako signální molekuly.
NO je nádherným příkladem.
Vznikne.
Předá zprávu.
A zmizí.
Jak endotel NO vyrábí?
Jednou z hlavních cest je enzym:
endoteliální NO-syntáza – eNOS.
Ta pracuje především s aminokyselinou L-argininem a kyslíkem.
Ke své práci ale potřebuje celý malý orchestr pomocníků, například:
- NADPH,
- FAD,
- FMN,
- hem,
- tetrahydrobiopterin (BH4),
- vápník a kalmodulin.
A tady už začíná být naše série zajímavě elektrická.
Enzym totiž při reakci skutečně přenáší elektrony.
Elektrony putují z NADPH přes flavinové kofaktory až k hemové části enzymu, kde pomohou pracovat s kyslíkem.
Takže tentokrát nejsou elektrony metaforou.
Jsou přímo součástí chemického mechanismu.
Představte si naši cévu.
Krev začne proudit rychleji.
Proud mechanicky působí na glykokalyx a endotel.
Buňka tento pohyb zaznamená.
Aktivují se signální dráhy podporující činnost eNOS.
Vznikne NO.
NO okamžitě proniká do okolní hladké svaloviny cévy.
A tam předá jednoduchou zprávu:
„Povolte cestu!“
Jak NO cévu skutečně otevře?
NO aktivuje v hladké svalovině enzym solubilní guanylátcyklázu.
Ta zvýší množství signální molekuly cGMP.
Následuje změna buněčné signalizace a koncentrace vápníku.
Svalová buňka se uvolní.
Céva se rozšíří.
Odpor proti proudění klesne.
A krev dostane více prostoru.
Takže:
proud krve → endotel → NO → cGMP → uvolnění svaloviny → širší céva.
To je jeden z nejkrásnějších regulačních okruhů lidského těla.
Tady malá, ale důležitá vsuvka.
NO – oxid dusnatý je fyziologická signální molekula.
NO₂ – oxid dusičitý je jiná chemická látka a ve vyšších koncentracích toxický plyn.
Jeden atom kyslíku navíc – a úplně jiný biologický příběh.
Jedním z nejsilnějších fyziologických stimulů je něco úplně obyčejného:
pohyb.
Svaly začnou pracovat.
Potřebují více kyslíku.
Zvýší se průtok.
Endotel dostane mechanický signál.
A produkce NO se může zvýšit.
Proto není pro cévy důležitý jen sport.
Pomáhá už pravidelná chůze a přerušování dlouhého sezení.
Cévy potřebují proud.
Existuje ještě druhá fascinující cesta k NO.
Nezačíná argininem.
Začíná dusičnany.
Najdeme je například v:
- červené řepě,
- rukole,
- špenátu,
- salátu a další listové zelenině.
Část dusičnanů se po vstřebání vrací slinami do úst.
A zde nastupují bakterie našeho ústního mikrobiomu.
Pomáhají přeměnit:
dusičnan → dusitan.
A z dusitanu může za vhodných podmínek vznikat NO.
Takže na regulaci našich cév se překvapivě podílejí i mikroorganismy v ústech.
NO vzniká také v oblasti vedlejších nosních dutin.
Při dýchání nosem se dostává do vdechovaného vzduchu.
Proto má nosní dýchání trochu jinou fyziologii než permanentní dýchání ústy.
A zajímavost:
broukání může množství NO uvolňovaného z nosních dutin krátkodobě výrazně zvýšit.
Takže někdy opravdu stačí zavřít pusu a zabroukat si. 🙂
Tady se vracíme k tématu předchozích dílů.
Oxidační stres.
NO může reagovat se superoxidem.
Výsledkem je peroxynitrit (ONOO⁻) – velmi reaktivní sloučenina.
Tím se dějí dvě nepříjemné věci současně:
ubývá biologicky dostupného NO
a zároveň vzniká silně reaktivní produkt.
Proto nestačí pouze říct:
„Vyrobme více NO.“
Stejně důležité je prostředí, ve kterém NO vzniká.
A tady máme nádhernou biochemickou zvláštnost.
eNOS má normálně vyrábět NO.
Jenže například při nedostatku nebo oxidaci kofaktoru BH4 může dojít k tzv. uncouplingu eNOS.
Enzym se obrazně řečeno rozladí.
Místo efektivní produkce NO začne podporovat vznik superoxidu.
Z továrny na látku rozšiřující cévy se tak může stát zdroj oxidačního stresu.
To krásně ukazuje, proč v biologii nestačí mít všechny součástky.
Musejí být také správně propojené.
Měď není hlavním kofaktorem eNOS a nebylo by správné tvrdit, že přímo „vyrábí NO“.
Ale vstupuje do širšího příběhu redoxní rovnováhy.
Například enzym Cu/Zn-superoxiddismutáza pomáhá odstraňovat superoxid.
A protože superoxid může NO rychle spotřebovávat, antioxidační enzymové systémy nepřímo pomáhají zachovávat jeho biologickou dostupnost.
Měď tedy opět nevystupuje jako baterie.
Spíš jako člen údržbářského týmu, který pomáhá udržovat elektricko-chemickou továrnu v provozu.
Tady se dostáváme na hranici mezi velmi dobře známou fyziologií a stále intenzivně zkoumanou biofyzikou.
Červené a blízké infračervené světlo se studuje pro možné účinky na:
- mitochondrie,
- redoxní signalizaci,
- lokální dostupnost NO,
- mikrocirkulaci.
Existují také mechanismy, při nichž světlo může ovlivňovat NO navázaný na některé molekuly.
Rozsah těchto účinků v běžném lidském organismu se ale stále zkoumá.
Takže:
světlo a NO – ano, velmi zajímavé spojení.
Ale ještě z něj nedělejme univerzální vypínač cév.
Podívejme se, kam jsme se za šest dílů dostali.
Krvinka potřebuje být pružná.
Krvinky potřebují udržovat správný odstup.
Plazmatické bílkoviny ovlivňují jejich vzájemné chování.
Glykokalyx chrání rozhraní mezi krví a cévou.
Endotel sleduje proud.
A NO pomáhá podle potřeby otevřít cestu.
Najednou máme před sebou nádherný systém:
KREV → GLYKOKALYX → ENDOTEL → NO → CÉVA → PRŮTOK → KYSLÍK → BUŇKA
A možná právě zde začínáme chápat základní myšlenku celé série:
nestačí mít kyslík v krvi.
Musíme ho také dopravit tam, kde je potřeba.
A příště půjdeme ještě hlouběji.
Do míst, kam se velké tepny už nedostanou.
Do nejmenších cév našeho těla.
Do světa, kde se červená krvinka musí ohnout, zmáčknout a někdy projít kapilárou téměř jednotlivě.
Mikrocirkulace.
Místo, kde se teorie krevního oběhu konečně mění ve skutečnou výživu buňky.
