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Mercoledì, 16 Aprile 2014 08:55

L'ossido nitrico

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L'ossido nitrico come un possibile meccanismo per la comprensione degli effetti terapeutici della medicina osteopatica manipolativa 

 Ossido Nitrico

In tutta la storia della medicina, abbiamo visto la progressione di terapie mediche da quelle empiriche a quella contro-intuitive, la comunità scientifica cerca di indentificare le modalità per distinguere le due tecniche. Questo modo di vedere le cose ha dimostrato l'efficacia di numerose tecniche terapeutiche moderne che sono state adattate nella medicina moderna con notevole successo. Molte di queste tecniche producono risultati positivi , però i meccanismi con cui questi risultati vengono raggiunti non sono stati pienamente e scientificamente dimostrati. Consideriamo il caso della medicina manipolativa osteopatica ( OMM ), che rappresenta una tecnica specialistica sviluppata oltre un secolo e mezzo fà , come trattamento non invasivo per numerose malattie. L'intenzione è quella di spiegare il meccanismo attraverso il quale le manipolazioni osteopatiche aiutano il paziente, infatti il meccanismo per cui tale scienza è funzionale è dato dal fatto che nelle normalizzazioni osteopatiche si crea un aumento dell' ossido nitrico (NO). Dato dal rapporto tra i movimenti muscolari e quelli dei fluidi interstiziali, che si attua durante una seduta di osteopatia al tessuto vascolare e nervoso, in questo modo le manipolazioni possono causare un notevole aumento della concentrazione di NO nel sangue e nei vasi . Questi risultati combinati con la straordinaria quantità di ricerche sugli effetti benefici del NO, forniscono un quadro teorico e pratico per spiegare gli effetti terapeutici della OMM.

Introduzione

La nitroglicerina è un potente esplosivo che scoppia quando è sottoposto a pressione o riscaldamento. La stessa molecola, però, può salvare la vita in caso di infarto. Una piccola dose di nitroglicerina, infatti, si decompone lentamente liberando ossido nitrico (NO) che poi diffonde fino alle cellule muscolari che circondano i vasi sanguigni e ne provoca il rilassamento. Questo produce una vasodilatazione che migliora il flusso sanguigno. Le proprietà terapeutiche della nitroglicerina sono note da più di un secolo, ma solo recentemente gli scienziati hanno scoperto il meccanismo d'azione dell'ossido nitrico.

NO Problem
L'ossido nitrico è un gas incolore molto reattivo perche è un radicale libero, la sua molecola (NO) è formata da un atomo di azoto legato ad un atomo di ossigeno. Nel nostro corpo viene usato per due scopi diversi, per trasmettere un segnale o come sostanza tossica di difesa. 
Quello che agisce da messaggero viene prodotto in continuazione a bassi livelli dalle cellule e controlla la contrazione delle cellule muscolari e la crescita delle cellule nervose. L'ossido nitrico è particolarmente efficace come messaggero: diffonde rapidamente perché la sua molecola è molto piccola e apolare, ma rimane abbastanza localizzato perché è molto reattivo e viene distrutto rapidamente. 
L'ossido nitrico può anche agire come sostanza tossica grazie alla sua grande reattività. I macrofagi, cellule del sistema immunitario, lo utilizzano per uccidere i patogeni insieme con altri composti reattivi dell'ossigeno.

NOS 

Le cellule animali producono tre tipi di ossido nitrico sintasi (NOS) che generano ossido nitrico per le diverse funzioni. 

La NOS neuronale e la NOS endoteliale producono continuamente bassi livelli di NO che agisce rispettivamente come neurotrasmettitore e come vasodilatatore. 
La NOS inducibile, invece, produce maggiori quantità di NO che risultano tossiche e servono per combattere i patogeni. 
Tutti e tre questi enzimi sono complessi e sono composti di molte subunità che svolgono funzioni diverse. I ricercatori sono riusciti a determinarne la struttura scomponendoli nelle singole parti. 
La subunità che si trova in alto (chiamata subunità ossidanteproduce NO con l'aiuto di un gruppo eme (rosa) che aggiunge un atomo di ossigeno, proveniente da O
2, all'azoto in catena laterale di un amminoacido di arginina (gialla) che viene trasformata in citrullina.
Questa è stata la prima subunità ad essere studiata con la cristallografia ed è stata determinata dapprima su una NOS inducibile e in un secondo momento su una NOS neuronale. 
La subunità (chiamata subunità riducente) dona elettroni e contiene coenzimi riducenti come NADPH, FAD, FMN
Il breve segmento che unisce le due subunità  è legato alla calmodulina (codice) che controlla il flusso di elettroni.

Dire NO
Nel caso della NOS endoteliale, il messaggio portato da NO è ricevuto dall'enzima guanilato ciclasi solubile, un enzima complesso che inizia una catena di eventi a cascata all'interno della cellula. Quando si lega ad una molecola di NO, l'enzima si attiva e trasforma GTP in GTP ciclico (cGTP). Questa molecola agisce quindi come secondo messaggero attivando delle chinasi che a loro volta fosforilano la miosina provocando il rilassamento delle cellule muscolari. 
Come NOS, anche la guanilato ciclasi solubile è un enzima complesso formato da molti domini che è stato studiato per parti dai cristallografi. 
La porzione che lega NO vede un gruppo eme  che lega l'ossido nitrico.
La porzione ciclasi legano queste due parti.
L'ossido nitrico si lega obliquamente all'atomo di ferro che si trova al centro dell'eme. 

Esploriamo la Struttura

Le tre isoforme di NOS sono molto simili e quindi i ricercatori stanno cercando di sfruttare alcune piccole differenze per creare un farmaco che ne blocchi una senza influenzare le altre due. Questo sarà molto utile per curare alcune malattie, per esempio la iNOS, ossido nitrico sintasi inducibile, ha un ruolo chiave nello sviluppo del morbo di Parkinson e in quello di Alzheimer e anche nella sclerosi multipla, quindi farmaci in grado di bloccare la iNOS, ma non le altre due, potrebbero aiutare nel trattamento di queste malattie.
Purtroppo, però, i siti attivi delle tre isoforme di NOS sono praticamente identici e quindi i ricercatori stanno sintetizzando dei farmaci più grandi che arrivino ad interagire anche con altri punti dell'enzima dove si manifesta una differenza.
Il normale sito catalitico di una NOS neuronale che contiene una molecola di arginina  che ha gli atomi di azoto vicini al ferro sopra l'eme dove lega la molecola di O
2 per la sintesi di NO. 
Il sito attivo quasi identico di una NOS inducibile  con un farmaco inibitore che occupa lo spazio normalmente destinato all'arginina impedisce la sintesi di NO.

Spunti per Ulteriori Esplorazioni

1. La ossido nitrico sintasi è anche presente in alcuni batteri. 
2. Negli archivi PDB si trovano le strutture di molti farmaci sperimentali legati al sito attivo di NOS. 

Bibliografia

1. S. Daff (2010) NO synthase: structures and mechanisms. Nitric Oxide 23, 1-11.

2. B. R. Crane, J. Sudhamsu and B. A. Patel (2010) Bacterial nitric oxide synthases. Annual Review of Biochemistry79, 445-470.

3. C. Villanueva and C. Giulivi (2010) Subcellular and cellular locations of nitric oxide synthase isoforms as determinants of health and disease. Free Radical Biology and Medicine 49, 307-316.

4. E. D. Garcin, A. S. Arvai, R. J. Rosenfeld, M. D. Kroeger, B. R. Crane, G. Andersson, G. Andrews, P. J. Hamley, P. R. Mallinder, D. J. Nicholls, S. A. St-Gallay, A. C. Tinker, N. P. Gensmantel, A. Mete, D. R. Cheshire, S. Connolly, D. J. Stuehr, S. Aberg, A. V. Wallace, J. A. Tainer and E. D. Getzoff (2009) Anchored plasticity opens doors for selective inhibitor design in nitric oxide synthase. Nature Chemical Biology 4, 700-707.

 

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