Moléculas de sinalização gasosa - Gaseous signaling molecules
Moléculas de sinalização gasosos são gasosos moléculas que são ou sintetizados internamente ( endogenamente ) no organismo , tecido ou célula , ou são recebidos pelo organismo, tecido ou célula a partir de fora (por exemplo, a partir da atmosfera ou hydrosphere , como no caso de oxigénio ) e que são usados para transmitir sinais químicos que induzem certas alterações fisiológicas ou bioquímicas no organismo, tecido ou célula. O termo é aplicado a, por exemplo, oxigênio , dióxido de carbono , dióxido de enxofre , óxido nitroso , cianeto de hidrogênio , amônia , metano , hidrogênio , etileno , etc.
Selecione moléculas de sinalização gasosa que se comportam como neurotransmissores e são chamadas de gasotransmissores . Incluem óxido nítrico , monóxido de carbono e sulfeto de hidrogênio .
Os papéis biológicos de cada uma das moléculas de sinalização gasosa são descritos abaixo.
Moléculas de Sinalização Gasosa
Oxigênio
Dióxido de carbono
O dióxido de carbono é um dos mediadores da autorregulação local do suprimento sanguíneo. Se seus níveis estiverem altos, os capilares se expandem para permitir um maior fluxo sanguíneo para aquele tecido.
Os íons bicarbonato são cruciais para regular o pH do sangue. A taxa de respiração de uma pessoa influencia o nível de CO 2 no sangue. A respiração muito lenta ou superficial causa acidose respiratória , enquanto a respiração muito rápida leva à hiperventilação , que pode causar alcalose respiratória .
Embora o corpo necessite de oxigênio para o metabolismo, os baixos níveis de oxigênio normalmente não estimulam a respiração. Em vez disso, a respiração é estimulada por níveis mais elevados de dióxido de carbono.
Os centros respiratórios tentam manter uma pressão arterial de CO 2 de 40 mm Hg. Com a hiperventilação intencional, o conteúdo de CO 2 do sangue arterial pode ser reduzido para 10–20 mm Hg (o conteúdo de oxigênio do sangue é pouco afetado) e o impulso respiratório é diminuído. É por isso que se pode prender a respiração por mais tempo depois de hiperventilar do que sem hiperventilar. Isso acarreta o risco de perda de consciência antes que a necessidade de respirar se torne insuportável, razão pela qual a hiperventilação é particularmente perigosa antes do mergulho livre.
Óxido nitroso
O óxido nitroso em sistemas biológicos pode ser formado por uma redução enzimática ou não enzimática do óxido nítrico . Estudos in vitro demonstraram que o óxido nitroso endógeno pode ser formado pela reação entre o óxido nítrico e o tiol . Alguns autores demonstraram que esse processo de redução do NO a N 2 O ocorre nos hepatócitos , especificamente em seu citoplasma e mitocôndria , e sugeriram que o N 2 O possivelmente pode ser produzido em células de mamíferos. É bem sabido que o N 2 O é produzido por algumas bactérias durante o processo denominado desnitrificação.
Em 1981, foi sugerido pela primeira vez a partir de um trabalho clínico com óxido nitroso (N2O) que um gás tinha uma ação direta nos receptores farmacológicos e, portanto, agia como um neurotransmissor. Experimentos in vitro confirmaram essas observações, que foram replicadas posteriormente no NIDA.
Além de suas ações diretas e indiretas nos receptores opióides, também foi demonstrado que o N 2 O inibe a atividade mediada pelo receptor NMDA e as correntes iônicas e diminui a excitotoxicidade e a neurodegeneração mediadas pelo receptor NMDA. O óxido nitroso também inibe a metionina sintase e retarda a conversão da homocisteína em metionina , aumenta a concentração de homocisteína e diminui a concentração de metionina. Este efeito foi demonstrado em culturas de células de linfócitos e em amostras de biópsia de fígado humano.
O óxido nitroso não se liga como um ligante ao heme e não reage com proteínas contendo tiol . No entanto, estudos têm mostrado que o óxido nitroso pode reversível e não covalentemente "inserir-se" nas estruturas internas de algumas proteínas contendo heme, como hemoglobina , mioglobina , citocromo oxidase e alterar sua estrutura e função. A capacidade do óxido nitroso de alterar a estrutura e função dessas proteínas foi demonstrada por mudanças no espectro infravermelho dos tióis de cisteína da hemoglobina e pela inibição parcial e reversível da citocromo oxidase.
O óxido nitroso endógeno pode possivelmente desempenhar um papel na modulação de opióides endógenos e sisterosclerose NMDA, sepse grave, malária grave ou autoimunidade. Testes clínicos envolvendo humanos foram realizados, porém os resultados ainda não foram divulgados.
Subóxido de carbono
O subóxido de carbono , C 3 O 2 , pode ser produzido em pequenas quantidades em qualquer processo bioquímico que normalmente produz monóxido de carbono , CO, por exemplo, durante a oxidação do heme por heme oxigenase-1. Também pode ser formado a partir do ácido malônico. Foi demonstrado que o subóxido de carbono em um organismo pode polimerizar rapidamente em estruturas de policarbono macrocíclico com a fórmula comum (C 3 O 2 ) n (principalmente (C 3 O 2 ) 6 e (C 3 O 2 ) 8 ), e que aqueles os compostos macrocíclicos são inibidores potentes de Na + / K + -ATP-ase e ATP-ase dependente de Ca, e possuem propriedades fisiológicas semelhantes à digoxina e ações natriuréticas e anti-hipertensivas. Pensa-se que esses compostos de polímero de subóxido de carbono macrocíclico são reguladores endógenos semelhantes à digoxina de Na + / K + -ATP-ases e ATP-ases dependentes de Ca, e natriuréticos endógenos e anti-hipertensivos. Além disso, alguns autores pensam também que esses compostos macrocíclicos de subóxido de carbono podem diminuir a formação de radicais livres e o estresse oxidativo e desempenhar um papel nos mecanismos de proteção anticâncer endógenos, por exemplo na retina .
Dióxido de enxofre
O papel do dióxido de enxofre na biologia dos mamíferos ainda não é bem compreendido. O dióxido de enxofre bloqueia os sinais nervosos dos receptores de estiramento pulmonar e elimina o reflexo de inflação de Hering-Breuer .
Foi demonstrado que o dióxido de enxofre endógeno desempenha um papel na diminuição de um dano pulmonar experimental causado pelo ácido oleico . O dióxido de enxofre endógeno reduziu a peroxidação lipídica, a formação de radicais livres, o estresse oxidativo e a inflamação durante um dano pulmonar experimental. Por outro lado, um dano pulmonar bem-sucedido causou uma redução significativa da produção endógena de dióxido de enxofre e um aumento na peroxidação lipídica, formação de radicais livres, estresse oxidativo e inflamação. Além disso, o bloqueio de uma enzima que produz SO 2 endógeno aumentou significativamente a quantidade de dano ao tecido pulmonar no experimento. Por outro lado, a adição de acetilcisteína ou glutationa à dieta de ratos aumentou a quantidade de SO 2 endógeno produzida e diminuiu o dano pulmonar, a formação de radicais livres, o estresse oxidativo, a inflamação e a apoptose.
Considera-se que o dióxido de enxofre endógeno desempenha um papel fisiológico significativo na regulação da função cardíaca e dos vasos sanguíneos , e o metabolismo aberrante ou deficiente do dióxido de enxofre pode contribuir para diversas doenças cardiovasculares, como hipertensão arterial , aterosclerose , hipertensão arterial pulmonar , estenocardia .
Foi demonstrado que em crianças com hipertensão arterial pulmonar devido a cardiopatias congênitas, o nível de homocisteína é maior e o nível de dióxido de enxofre endógeno é menor do que em crianças controle normais. Além disso, esses parâmetros bioquímicos estão fortemente correlacionados à gravidade da hipertensão arterial pulmonar. Os autores consideraram a homocisteína um dos marcadores bioquímicos úteis da gravidade da doença e do metabolismo do dióxido de enxofre como um dos potenciais alvos terapêuticos nesses pacientes.
Dióxido de enxofre endógena também foi demonstrado para diminuir a proliferação taxa de endoteliais musculares lisas células nos vasos sanguíneos, através de redução da MAPK actividade e activar a adenilil ciclase e protea cinase A . A proliferação de células musculares lisas é um dos mecanismos importantes de remodelação hipertensiva dos vasos sanguíneos e de sua estenose , sendo um importante mecanismo patogenético na hipertensão arterial e aterosclerose.
O dióxido de enxofre endógeno em baixas concentrações causa vasodilatação dependente do endotélio . Em concentrações mais altas, causa vasodilatação independente do endotélio e tem um efeito inotrópico negativo na função do débito cardíaco, diminuindo assim efetivamente a pressão arterial e o consumo de oxigênio do miocárdio. Os efeitos vasodilatadores do dióxido de enxofre são mediados por canais de cálcio dependentes de ATP e canais de cálcio do tipo L ("diidropiridina"). O dióxido de enxofre endógeno também é um potente agente antiinflamatório, antioxidante e citoprotetor. Ele reduz a pressão arterial e retarda a remodelação hipertensiva dos vasos sanguíneos, especialmente o espessamento da íntima. Também regula o metabolismo lipídico.
O dióxido de enxofre endógeno também diminui o dano ao miocárdio, causado pela hiperestimulação adrenérgica isoproterenol , e fortalece a reserva de defesa antioxidante do miocárdio.
Cianeto de hidrogenio
Alguns autores demonstraram que os neurônios podem produzir cianeto de hidrogênio mediante ativação de seus receptores opioides por opioides endógenos ou exógenos. Eles também mostraram que a produção neuronal de HCN ativa os receptores NMDA e desempenha um papel na transdução de sinal entre as células neuronais ( neurotransmissão ). Além disso, o aumento da produção neuronal endógena de HCN sob opioides era aparentemente necessário para a analgesia opioide adequada , uma vez que a ação analgésica dos opioides era atenuada por sequestradores de HCN. Eles consideraram o HCN endógeno um neuromodulador.
Mostrou-se também que, ao mesmo tempo estimulando muscarínicos colinérgicos receptores em cultura de feocromocitoma de células aumenta a produção de HCN, em um organismo vivo ( in vivo ) muscarínico colinérgico estimulação, na verdade, diminui a produção de HCN.
Os leucócitos geram HCN durante a fagocitose .
A vasodilatação , causada pelo nitroprussiato de sódio , demonstrou ser mediada não apenas pela geração de NO, mas também pela geração de cianeto endógeno, que adiciona não apenas toxicidade, mas também alguma eficácia anti-hipertensiva adicional em comparação com nitroglicerina e outros nitratos não cianogênicos que fazem não faz com que os níveis de cianeto no sangue aumentem.
Amônia
A amônia também desempenha um papel na fisiologia animal normal e anormal . É biossintetizado através do metabolismo normal dos aminoácidos, mas é tóxico em altas concentrações. O fígado converte amônia em ureia por meio de uma série de reações conhecidas como ciclo da ureia . A disfunção hepática, como a observada na cirrose , pode levar a quantidades elevadas de amônia no sangue ( hiperamonemia ). Da mesma forma, defeitos nas enzimas responsáveis pelo ciclo da ureia, como a ornitina transcarbamilase , levam à hiperamonemia. A hiperamonemia contribui para a confusão e o coma da encefalopatia hepática , bem como para a doença neurológica comum em pessoas com defeitos do ciclo da ureia e acidúrias orgânicas .
A amônia é importante para o equilíbrio ácido / base animal normal. Após a formação de amônio a partir da glutamina , o α-cetoglutarato pode ser degradado para produzir duas moléculas de bicarbonato , que ficam então disponíveis como tampões para os ácidos dietéticos. O amônio é excretado na urina, resultando na perda líquida de ácido. A amônia pode se difundir através dos túbulos renais, combinar-se com um íon hidrogênio e, assim, permitir a excreção de ácido posterior.
Metano
Alguns autores demonstraram que o metano endógeno é produzido não apenas pela flora intestinal e então absorvido pelo sangue , mas também é produzido - em pequenas quantidades - pelas células eucarióticas (durante o processo de peroxidação lipídica). E também mostraram que a produção endógena de metano aumenta durante uma hipóxia mitocondrial experimental , por exemplo, intoxicação por azida de sódio . Eles pensaram que o metano poderia ser um dos sinais intercelulares de hipóxia e estresse.
Outros autores demonstraram que a produção de metano celular também aumenta durante a sepse ou endotoxemia bacteriana , incluindo uma imitação experimental da endotoxemia pela administração de lipopolissacarídeo (LPS).
Alguns outros pesquisadores demonstraram que o metano, produzido pela flora intestinal, não é totalmente "biologicamente neutro" para o intestino e participa da regulação fisiológica normal do peristaltismo . E seu excesso causa não só arrotos, flatulência e dor de barriga, mas também constipação funcional.
Etileno
O etileno atua como um hormônio nas plantas . Ele atua em níveis residuais ao longo da vida da planta, estimulando ou regulando o amadurecimento dos frutos , a abertura das flores e a abscisão (ou queda) das folhas . Salas de maturação comerciais usam "geradores catalíticos" para fazer gás etileno a partir de um suprimento líquido de etanol. Normalmente, um nível de gaseificação de 500 a 2.000 ppm é usado, por 24 a 48 horas. Deve-se tomar cuidado para controlar os níveis de dióxido de carbono nas salas de amadurecimento durante a gaseificação, pois o amadurecimento em alta temperatura (20 ° C; 68 ° F) produziu níveis de CO 2 de 10% em 24 horas.
O etileno é usado desde os antigos egípcios, que cortavam figos para estimular o amadurecimento (ferir estimula a produção de etileno pelos tecidos vegetais). Os antigos chineses queimavam incenso em salas fechadas para aumentar o amadurecimento das peras. Em 1864, foi descoberto que vazamentos de gás das luzes da rua levavam ao retardo do crescimento, torção das plantas e espessamento anormal dos caules. Em 1901, um cientista russo chamado Dimitry Neljubow mostrou que o componente ativo era o etileno. Sarah Doubt descobriu que o etileno estimulava a abscisão em 1917. Não foi até 1934 que Gane relatou que as plantas sintetizam etileno. Em 1935, Crocker propôs que o etileno era o hormônio vegetal responsável pelo amadurecimento dos frutos, bem como pela senescência dos tecidos vegetativos.
O etileno é produzido essencialmente a partir de todas as partes das plantas superiores, incluindo folhas, caules, raízes, flores, frutos, tubérculos e sementes. A produção de eteno é regulada por uma variedade de fatores ambientais e de desenvolvimento. Durante a vida da planta, a produção de etileno é induzida durante certos estágios de crescimento, como germinação , amadurecimento dos frutos, abscisão das folhas e senescência das flores. A produção de etileno também pode ser induzida por uma variedade de aspectos externos, como ferimentos mecânicos, tensões ambientais e certos produtos químicos, incluindo auxina e outros reguladores.
O etileno é biossintetizado a partir do aminoácido metionina em S- adenosil- L- metionina (SAM, também chamado de Adomet) pela enzima Met Adenosiltransferase. SAM é então convertido em ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC) pela enzima ACC sintase (ACS). A atividade da ACS determina a taxa de produção de etileno, portanto a regulação desta enzima é fundamental para a biossíntese do etileno. A etapa final requer oxigênio e envolve a ação da enzima ACC-oxidase (ACO), anteriormente conhecida como enzima formadora de etileno (EFE). A biossíntese de etileno pode ser induzida por etileno endógeno ou exógeno. A síntese de ACC aumenta com altos níveis de auxinas , especialmente ácido indol acético (IAA) e citocininas .
O etileno é percebido por uma família de cinco dímeros de proteína transmembrana , como a proteína ETR 1 em Arabidopsis . O gene que codifica um receptor de etileno foi clonado em Arabidopsis thaliana e depois em tomate . Os receptores de etileno são codificados por vários genes nos genomas da Arabidopsis e do tomate . Mutações em qualquer família de genes , que compreende cinco receptores em Arabidopsis e pelo menos seis em tomate, podem levar à insensibilidade ao etileno. Sequências de DNA para receptores de etileno também foram identificadas em muitas outras espécies de plantas e uma proteína de ligação ao etileno foi identificada até em cianobactérias .
Sinais ambientais como enchentes, secas, resfriamento, feridas e ataque de patógenos podem induzir a formação de etileno nas plantas. No alagamento, as raízes sofrem com a falta de oxigênio, ou anóxia , o que leva à síntese do ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC). O ACC é transportado para cima na planta e então oxidado nas folhas. O etileno produzido provoca movimentos nasáticos (epinastia) das folhas, talvez ajudando a planta a perder água.
O etileno na planta induz tais respostas:
- Resposta tripla da plântula, espessamento e encurtamento do hipocótilo com gancho apical pronunciado.
- Na polinização , quando o pólen atinge o estigma, o precursor do eteno, o ACC , é secretado para a pétala, o ACC libera etileno com ACC oxidase.
- Estimula a senescência de folhas e flores
- Estimula a senescência de células maduras do xilema em preparação para uso em plantas
- Induz a abscisão da folha
- Induz a germinação de sementes
- Induz o crescimento do cabelo da raiz - aumentando a eficiência da absorção de água e minerais por meio da formação de rizo-bainha
- Induz o crescimento de raízes adventícias durante o alagamento
- Estimula a sobrevivência em condições de baixo oxigênio ( hipóxia ) em tecidos vegetais submersos
- Estimula a epinastia - o pecíolo da folha cresce, a folha pende e se enrola em si mesma
- Estimula o amadurecimento da fruta
- Induz um aumento climatérico da respiração em algumas frutas, o que causa uma liberação de etileno adicional.
- Afeta gravitropismo
- Estimula a flexão nutacional
- Inibe o crescimento do caule e estimula o alargamento do tronco e da célula e o crescimento do ramo lateral fora do estágio de plântula (ver Resposta hiponástica )
- Interferência com o transporte de auxina (com altas concentrações de auxina )
- Inibe o crescimento do rebento e o fechamento estomático, exceto em algumas plantas aquáticas ou habitualmente inundadas, como algumas variedades de arroz, onde ocorre o oposto (conservando CO
2e O
2) - Induz a floração em abacaxis
- Inibe a iniciação de flor induzida por dias curtos em Pharbitus nil e Chrysanthemum morifolium
Pequenas quantidades de etileno endógeno também são produzidas em mamíferos , incluindo humanos , devido à peroxidação lipídica. Parte do etileno endógeno é então oxidado a óxido de etileno , que é capaz de alquilar DNA e proteínas , incluindo hemoglobina (formando um aduto específico com sua valina N-terminal , N-hidroxietil-valina). O óxido de etileno endógeno, assim como o ambiental (exógeno), pode alquilar a guanina no DNA, formando um aduto 7- (2-hidroxietil) -guanina, e isso apresenta um risco carcinogênico intrínseco. Também é mutagênico.
Referências
links externos
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Mídia relacionada a moléculas de sinalização gasosa no Wikimedia Commons
