Azot oksit

Azot Oksit

Azot oksit ya da azot monoksit, kimyasal formülü NO olan bir bileşiktir. Bu gaz, -insanlar da dahil olmak üzere- memelilerin vücutlarında önemli bir sinyal molekülü olmasının yanı sıra kimyasal endüstride de önemli bir ara üründür. Ayrıca NO, araba motorları ve elektrik santralleri tarafından üretilerek hava kirliliğine neden olur.

NO, memeli vücudundaki yararlı veya zararlı birçok fizyolojik ve patolojik süreçte rol oynayan önemli bir sinyal molekülüdür.[1] Uygun dozlarda NO üretimi, birçok organın zarar görmesinin engellenmesinde (karaciğerin iskemik hasardan korunması gibi) önemlidir. Ancak yüksek dozlarda NO, doğrudan doku zehirlenmesine yol açtığı gibi, septik şokla tetiklenen dolaşım sistemi çöküşüne de katkıda bulunur. Ayrıca kronik NO salınımı, Tip I juvenil diyabet, multiple skleroz, artrit, ülseratif kolit gibi birçok iltihabi hastalık ve kanser türüyle ilişkilendirilmiştir.[2]

Azot oksit, kimyasal formülü N2O olan bir genel anestetik madde olan Nitröz Oksit ile ya da bir başka hava kirletici madde olan Azot Dioksit (NO2) ile karıştırılmamalıdır. Azot oksidin kimyasal etkinliğinin oldukça yüksek olması, bir serbest radikal olduğunun anlaşılmasına uygundur. Havadaki Ozon ile tepkimeye girerek NO2 oluşmasını sağlar. Bu reaksiyon, ortaya çıkan kırmızı-kahverengi renk ile kolaylıkla tanınabilir.

Ürkütücü derece basit bir molekül olmasına rağmen, NO, sinir sistemi, fizyoloji, immunoloji gibi alanlarda yapılan birçok araştırmanın temel molekülüdür. Ayrıca NO, 1992 yılında AAAS (American Association for the Advancement of Science,Amerikan Bilim Gelişimi Kuruluşu) tarafından Yılın Molekülü seçilmiştir.[3]

Kimyasal özellikleri

Termodinamik açıdan bakıldığında, NO O2 ve N2 bileşiklerinden daha kararsızdır, bu çevrim katalist bir madde olmadığı sürece çok yavaştır. NO oluşumu endotermik bir olaydır, 1000 °C üstü sıcaklıklarda mümkün olmaktadır. Şimşek NO oluşumunun doğal bir kaynağıdır.İçten yanmalı motor kullanan taşıtların yaygınlaşması çevrede NO düzeylerini hatırı sayılır derecede artırmıştır. Arabalarda bulunan katalitik dönüştürücülerin bir amacı da oluşan NO'yu O2 ve N2'ye geri çevirerek çevreye yayılan NO miktarını azaltmaktır.

Havadaki azot oksit nitrik aside dönüşebilir, ki bu da asit yağmurunda görülür. Ek olarak, hem NO hem de NO2 ozon tabakası silinmesinde pay sahibidirler. Azot oksit ufak,yüksek oranda difüzyona uğrayan bir gazdır ve önemli bir biyoaktif moleküldür.

Etki mekanizması

Canlı hücrelerde NO için birçok etki mekanizması gösterilmiştir. Bunlar; ribonükleotid redüktaz ve akonitaz gibi demirli proteinlerin oksidasyonu,guanilat siklaz aktivasyonu ve buna bağlı etkiler,proteinlere yapılan ADP ribozilasyonu,proteinlerin sülfhidril gruplarının nitrozilasyonu ve demir metabolizmasının düzenlenmesidir.[4] NO'nun kanın mononükleer akyuvarlarında iNOS gen ekspresyonu ve iltihabi yanıttan sorumlu önemli bir transkripsiyon faktörü olan NFkB aktivasyonu yaptığı gösterilmiştir.[5]. NO'nun siklik GMP sentezinden sorumlu sitozolik heterodimerik bir enzim olan guanilat siklaz aktivasyonu yaptığı gösterilmiştir. Siklik GMP'nin bazı protein kinazları aktive ederek miyozin hafif zincirinin defosforilasyonuna yol açtığı bilinmektedir. Bu da düz kas gevşemesi anlamına gelmektedir(özellikle damar düz kası gevşemesi ve veazodilatasyon).[6]

Teknik uygulamaları

NO'nun doğrudan kullanımı olmamasına rağmen amonyaktan nitrik asit sentezinin yapıldığı Ostwald sürecinde üretilen bir ara üründür.2005'te yalnızca ABD'de 6 milyon ton nitrik asit üretimi gerçekleştirilmiştir.[7] Ayrıca yarı iletken endüstrisinde de pay sahibi olmuştur.CMOS aygıtlarda nitröz oksit ile birlikte oksinitrit kapılarını oluşturmak için yararlanılmaktadır.

Diğer kullanımları

Azot oksit polimerlerdeki yüzey radikallerini saptamada kullanılabilir.Yüzey radikallerini NO ile ortadan kaldırmak azot inkorporasyonu ile sonuçlanır ki bu değer X-ray fotoelektron spesktroskopi tekniğiyle ölçülebilir.

Biyolojik işlevleri

NO sinyal iletiminde görevli bilinen birkaç gazdan birisidir.Omurgalılarda anahtar role sahip bir sinyal molekülüdür ve birçok biyolojik süreçte rol oynamaktadır.Önceleri Endotel-kaynaklı gevşetici faktör(EKGF,EDRF)olarak bilinen bu molekül çok sayıda nitrik oksit sentaz(NOS) enzimlerinin yardımıyla arjinin ve oksijenden veya inorganik nitrat gruplarının indirgenmesiyle nitrovazodilatör ilaç moleküllerinden sentezlenmektedir. Damarın içteki endotel tabakası NO sinyaliyle kendisini kuşatan damar düz kasını gevşetir bu da vazodilatasyon ve artmış kan akımı ile sonuçlanır. Azot oksit çok reaktif bir bileşiktir(birkaç saniyelik yarıömrü vardır) ve membranlardan hızlıca difüzyona uğramaktadır. Bu da belki de onun ideal bir sinyal molekülü olmasını açıklayan görüştür.[8] Yüksek rakımlı yerlerde yaşayan insanlarda hipoksi oluşumunu önlemek için NO sentezi artar. NO'nun vazodilatasyonun yanı sıra bir nörotransmitter olduğu (bakınız Gazotransmitterler) ayrıca saç ve kıl oluşumunda rolü olduğu(bakınız Minoksidil ve penil ereksiyonda da vazgeçilmez bir rolü olduğu bilinmektedir.Nitrogliserin ve amil nitrit NO açığa çıkardığı için vazodilatör ilaç olarak kullanılmaktadır.Sildenafil, popüler olarak bilinen adıyla Viagra NO sinyal yolunun sürekliliğini sağlayarak penisin ereksiyon halini korur.

Azot oksit (NO) damar düz kasının kasılmasını ve büyümesini,kan pulcuğu kümelenmesini ve endotele akyuvar yapışmasını inhibe ederek damar homeostasisinde olmazsa olmaz bir yer edinmektedir.İnsanlarda besinlerle aşırı tuz alımının NO salınımını bozduğu gösterilmişir.[9]

Azot oksit ayrıca insanda immun yanıtın bir bileşeni olarak makrofaj ve nötrofillerde de üretilmektedir.Bakteri ve insanda patojen olan diğer organizmalara karşı toksik etki göstermektedir. Ama günüzmüde birçok bakteri No'ya karşı direnç mekanizmaları geliştirmiştir.[10] Nitrik oksitin ayrıca havayolunun astım gibi iltihabi hastalıklarında iltihabın düzeyinin göstergesi olduğunun düşünülmesi, bir nefes testi olarak ekshale edilen NO ölçümünün gündeme gelmesini sağlamıştır.

Azot oksit aynı zamanda süperoksitlerle tepkimeye girerek peroksinitrit oluşturduğu için iskemi sonrası gelişen reperfüzyon hasarı sürecine katkıda bulunabilir. Çelişircesine, parakuat zehirlenmesinde solunan NO'nun yararlı olduğu bilinmektdir.

Bitkilerde, 4 ayrı yoldan biriyle sentezlenmektedir:(i)L-arjinin-bağımlı azot oksit sentaz[11], [12],[13],(her ne kadar bitkilerde hayvan NOS analogu enzimler olduğu tartışmalı olsa da)[14],(ii) plazma membranına bağlı nitrat redüktaz, (iii) mitokondrial ETS ile, ya da (iv) enzimatik olmayan tepkimelerle. Bitkilerde de bir sinyal molekülüdür, esas olarak oksidatif strese karşı görev yapar v bitkilerin patojenlerle başa çıkmasını sağlar.Viagra ile muamele edilen koparılmış çiçeklerin solmadan önce daha uzun süre dayandığı ve dik durduğu gösterilmiştir.[15]

Azot oksidin biyolojik öneme sahip bir diğer tepkimesi de S-nitrozilasyon tepkimesidir,bu işlemle tiyoll grupları , örneğin proteinlerdeki sistein kalıntıları,S-nitrozotiyolleri (RSNOlar) verirler. S-Nitrozilasyon birçok önemli protein için bir posttranslasyonel düzenleme mekanizmasıdır.

Pediatrik Yoğun Bakımda Kullanımı

Nitrik Oksit/Oksijen karışımları yenidoğanlarda primer pulmoner hipertansiyonun ve tedavisinde kapiller ve pulmoner dilatasyon sağlamak için ve post mekonyum aspirasyonda kullanılmaktadır,ayrıca doğum lekeleriylen ilişkilendirilmiştir.[16][17] Bunlar ECMO kullanımından önce son-çare gaz karışımlarıdır.NO tedavisi pulmoner vasküler hastalıkları olan yenidoğanlarda hayatı kurtarabilmektdir.[18]

Tepkimeleri

2NO + O2 → 2NO2
Bu birleşmenin ONOONO denen bir ara ürün aracılığıyla olduğu düşünülmektedir. Suda, NO oksijen ve suyla tepkimeye girerek HNO2 ya da nitröz asit verir. Bu tepkime şöyle olmaktadır:
4 NO + O2 + 2 H2O → 4 HNO2
2NO + Cl2 → 2NOCl

Bu Traube tepkimesi olarak bilinen eski bir tepkimedir (1898) ama NO ön ilaç araştırması dolayısıyla yeniden gündeme gelmiştir.Sodyum metoksit ile de tepkimeye girerek Sodyum format ve nitröz oksit verir.[20].

Hazırlanması

8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO
2 NaNO2 + 2 NaI + 2 H2SO4 → I2 + 4 NaHSO4 + 2 NO
2 NaNO2 + 2 FeSO4 + 3 H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 2 NaHSO4 + 2 H2O + 2 NO
3 KNO2(l) + KNO3 (l) + Cr2O3(s) → 2 K2CrO4(s) + 4 NO (g)
Demir(II) sülfat yolu basit olup üniversite öğrencilerine deney amaçlı olarak gösterilmektedir.
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
Endotermik O2 ve N2 tepkimesi (>2000 °C) sıcaklıklarda şimşek çakarken kendiliğinden gelişmektedir.
N2 + O2 → 2NO

Koordinasyon Kimyası

NO tüm geçiş metalleriyle metal nitrozilleri denen kompleksler vermektedir.NO'nun en yaygın bağlanma biçimi terminal linear tiptir(M-NO).M-N-O grubunun açısı 160-180° arasında değişebilmektedir ama yie de doğrusal olarak anılmaktadır.NO grubu tek bir elektron vericisi olarak göze çarpmaktadır.[21].Buna benzer kompleksler CO ile izoelektronik olan NO+ tepkimelerinde de gözlenmektedir.

Azot oksit bir tek elektron psödohalidi olarak iş görebilir. Bu durumda M-N-O grubu açısı 120-140° civarında olmaktadır.

NO grubu ayrıca birçok moleküler geometride azot atomu aracılığıyla metal merkezleri arasında köprüler kurabilir.

NO derişiminin ölçülmesi

NO derişimi ozon içeren basit bir kemiluminesan tepkimeyle ölçülebilir.

[22] NO içeren bir örnek bol miktarda ozon içeren bir yere konur. Azot oksit ozonla tepkimeye girerek oksijen ve azot dioksit verir. Bu tepkime ayrıca bir fotodetektör yardımıyla saptanabilir. üretilen ışık miktarı NO miktarıyla doğru orantılıdır.

NO + O3 → NO2 + O2 + ışık

Diğer bir test yöntemi olan elektroanaliz(amperometrik yaklaşım) sırasında NO voltaj değişimi oluşturan bir elektrod gibi davranır.NO'nun in vivo ortamda ölçümü kısa yarıömrü dolayısıyla çok daha zordur. Birkaç yararlı yöntemden birisi azot oksidin demir-ditiyokarbamat radikalleriyle tuzaklandığı dönüş tuzağı (spin trapping) yöntemidir. Oluşan mononitrozildemir EPR(Elektron Paramanyetik Rezonans) ile ölçülür.[23][24]

Hücreiçi ölçümler için asetillenmiş formda fluoresan boya türleri kullanılmaktadır.Oluşan ürün DAF-2(4,5-diaminofluoreskan)[25]

Besin desteği

Azot oksit vücut geliştiriciler için bir besin desteği olarak alınabilir.GNC vücut geliştiriciler için oral NO tabletleri hazırlamakta ve kas gelişiminde çok önemli olduğunu öne sürmektedir fakat bu klinik denemelerle doğrulanmış değildir.

Kaynaklar

  1. ↑ Hou Y.C., Janczuk A. and Wang P.G. (1999): Current trends in the development of nitric oxide donors. Curr. Pharm. Des. June, 5 (6): 417- 471
  2. ↑ Tylor B.S., Kion Y.M., Wang Q.I., Sharpio R.A., Billiar T.R. and Geller D.A. (1997): Nitric oxide down regulates hepatocyte-inducible nitric oxide synthase gene expression. Arch. Surg. 1, (32). Nov.; 1177-1182.
  3. ↑ Elizabeth Culotta and Daniel E. Koshland Jr (December 1992). "NO news is good news. (nitric oxide; includes information about other significant advances & discoveries of 1992) (Molecule of the Year).". Science 258 (5090): 1862–1864. DOI:10.1126/science.1361684. PMID 1361684.
  4. ↑ Shami P.J., Moore J.O., Cockerman J.P., Halhorn W.J., Misukonis M.A., and Weinberg J.B. (1995): Yeni izole edilmiş non-lenfositik lösemi hücrelerinde büyüme ve farklılaşmanın NO tarafından düzenlenmesi. Leukaemia Research; 19(8): 527 - 534.
  5. ↑ Kaibori M., Sakitani K., Oda M., Kamiyama Y., Masu Y. and Okumura T.(1999). Immunosuppressant FK56 inhibits iNOS gene expression at a step of NK-Kappa B activation in rat hepatocytes. J. Hepatol. Jan; 30 (6): 1138-1145.
  6. ↑ Denninger J.W. and Marletta M.A. (1999): Guanylate cyclase and the No/cGMP singling pathway. Biochem. Biophys. Acta, May; 1411 (2-3): 334-356.
  7. ↑ “Production: Growth is the Norm” Chemical and Engineering News, July 1 0, 2006, p. 59.
  8. ↑ Stryer, Lubert (1995). Biochemistry, 4th Edition. W.H. Freeman and Company. s. pp. 732. ISBN 0-7167-2009-4.
  9. ↑ http://content.karger.com/ProdukteDB/produkte.asp?Aktion=ShowPDF&ProduktNr=223997&Ausgabe=228460&ArtikelNr=63555
  10. ↑ C. A. Janeway, et al. (2005). Immunobiology: the immune system in health and disease (6th ed. bas.). New York: Garland Science. ISBN 0-8153-4101-6.
  11. ↑ Corpas et al. (2004). "Cellular and subcellular localization of endogenous nitric oxide in young and senescent pea plants". Plant Physiology 136 (1): 2722–33. DOI:10.1104/pp.104.042812. PMID 15347796.
  12. ↑ Corpas et al. (2006). "Constitutive arginine-dependent nitric oxide synthase activity in different organs of pea seedlings during plant development". Planta 224 (2): 246–54. DOI:10.1007/s00425-005-0205-9.
  13. ↑ Valderrama et al. (2007). "Nitrosative stress in plants". FEBS Lett 581 (3): 453–61. DOI:10.1016/j.febslet.2007.01.006.
  14. ↑ Corpas et al. (2004). "Enzymatic sources of nitric oxide in plant cells – beyond one protein–one function". New Phytologist 162: 246–7. DOI:10.1111/j.1469-8137.2004.01058.x.
  15. ↑ Judy Siegel-Itzkovich. Viagra makes flowers stand up straight. Student BMJ, September 1999.
  16. ↑ Finer NN, Barrington KJ (2006). "Nitric oxide for respiratory failure in infants born at or near term". Cochrane Database Syst Rev (4): CD000399. DOI:10.1002/14651858.CD000399.pub2. PMID 17054129.
  17. ↑ Chotigeat U, Khorana M, Kanjanapattanakul W (February 2007). "Inhaled nitric oxide in newborns with severe hypoxic respiratory failure". J Med Assoc Thai 90 (2): 266–71. PMID 17375630.
  18. ↑ Hayward C.S., Kelly R.P. and Macdonald P.S. (1999): Inhaled nitric oxide in cardiology practice. Cadio. Vasc. Res. Aug.; 15, 43 (3): 628 - 638.
  19. ↑ Ueber Synthesen stickstoffhaltiger Verbindungen mit Hülfe des Stickoxyds Justus Liebig's Annalen der Chemie Volume 300, Issue 1, Date: 1898, Pages: 81-128 Wilhelm Traube DOI:10.1002/jlac.18983000108
  20. ↑ Nitric Oxide Reacts with Methoxide Frank DeRosa, Larry K. Keefer, and Joseph A. Hrabie J. Org. Chem. 2008, 73, 1139-1142 DOI:10.1021/jo7020423
  21. ↑ Catherine E. Housecroft and Alan G. Sharpe: "Inorganic Chemistry", page 570. Pearson Education Limited 2001, 2005
  22. ↑ Fontijn, A., A. J. Sabadell and R. J. Ronco (1970). "Homogeneous chemiluminescent measurement of nitric oxide with ozone." Analytical Chemistry 42(6): 575-579.
  23. ↑ Vanin A. F.; Huisman A.; van Faassen E.E.; Methods in Enzymology vol 359 (2002) 27 - 42
  24. ↑ Nagano T.; Yoshimura T.; "Bioimaging of nitric oxide", Chemical Reviews vol 102 (2002) 1235 - 1269.
  25. ↑ Kojima H, Nakatsubo N, Kikuchi K, Kawahara S, Kirino Y, Nagoshi H, Hirata Y, Nagano T (1998). "Detection and imaging of nitric oxide with novel fluorescent indicators: diaminofluoresceins". Anal. Chem. 70 (13): 2446–2453. DOI:10.1021/ac9801723. PMID 9666719.

Ek okuma

Dış bağlantılar

This article is issued from Vikipedi - version of the 11/27/2016. The text is available under the Creative Commons Attribution/Share Alike but additional terms may apply for the media files.