NADPH-oksidaza (nikotinamid adenin dinukleotid fosfat-oksidaza) je membranski vezan enzimski kompleks koji je okrenut prema vanćelijskom prostoru. Može se naći u plazmamembrani, kao i u membranama fagosoma koje koriste neutrofilna bijela krvna zrnca za gutanje mikroorganizama. Ljudske izoforme katalitske komponente kompleksa uključuju NOX1, NOX2, NOX3, NOX4, NOX5, DUOX1 i DUOX2.

Reakcija humb| Ukupna reakcija za formiranje superoksida iz NADPH|350x350px NADPH-oksidaza katalizira proizvodnju slobodnog radikala superoksida, prenosom jednog elektrona na kiseik iz NADPH.

Tipovi Kod sisara, NADPH oksidaza se nalazi u dva tipa: jedan u bijelim krvnim zrncima (neutrofilnim) i drugi u vaskularnim ćelijama, koje se razlikuju po biohemijskoj strukturi i funkcijama. Neutrofilna NADPH-oksidaza proizvodi superoksid gotovo trenutno, dok ga vaskularni enzim proizvodi za nekoliko minuta do sati. Štaviše, u bijelim krvnim zrncima je utvrđeno da superoksid prenosi elektrone preko membrane do vanćelijskog kisika, dok se u vaskularnim ćelijama čini se da se radikalni anion oslobađa uglavnom unutarćelijski.

Neutrofilni tip Izoforma koja se nalazi u neutrofilima sastoji se od šest podjedinica. Ove podjedinice su: Rho GTPaza, obično Rac1 ili Rac2 (Rac označava Rho-srodni C3 botulinum toksin supstrat) Pet podjedinica fagocitne oksidaze: gp91phox (NOX2) p22phox (CYBA) p40phox (NCF4) p47phox (NCF1) p67phox (NCF2)

Vaskularni tip Postoji nekoliko vaskularnih izoformi kompleksa koji koriste paraloge NOX2 podjedinice:

NOX1 NOX3 NOX4 NOX5

Tireoidni tip Postoje još dva paraloga NOX2 podjedinice u štitnoj žlijezdi:

DUOX1 DUOX2

Struktura thumb|Vaskularni NAD(P)H generira superoksid (obojen podjedinicom). Cijela struktura membranski vezanog vaskularnog enzima sastoji se od pet dijelova: dvije citosolne podjedinice (p47phox i p67phox), citohroma b558 koji se sastoji od gp91phox, p22phox i malog G proteina Rac. Generiranje superoksida u vaskularnom NADPH-u odvija se redukcijom kisika za jedan elektron putem podjedinice gp91phox, koristeći reducirani NADPH kao donor elektrona. Mali G-protein ima bitnu ulogu u aktivaciji oksidaze, prebacujući se između oblika vezanog za GDP (neaktivnog) i oblika vezanog za GTP (aktivnog). Biološka funkcija NADPH-oksidaze (NOX) su jedan od glavnih izvora ćelijskih reaktivnih vrsta kisika (ROS) i još uvijek su u fokusu opsežnog istraživačkog interesa zbog svoje isključive funkcije u proizvodnji ROS-a pod normalnim fiziološkim uvjetima. Kompleks NADPH-oksidaze je uspavan u normalnim okolnostima, ali se aktivira i skuplja u membranama tokom respiratornog naleta. Aktivirana NADPH-oksidaza generira superoksid koji ima ulogu u imunskom odgovoru životinja i signalizaciji biljaka.

Superoksid se može proizvoditi u fagosomima koji su progutali bakterije i fungi, ili se može proizvoditi izvan ćelije. U makrofagima, superoksid ubija bakterije i gljive mehanizmima koji još nisu u potpunosti razjašnjeni. Superoksid spontano dismutira formirajući peroksid koji se zatim protonira i proizvodi vodik-peroksid. Mišljenja o tome kako oksidaza ubija mikrobe u neutrofilima su polarizirana. S jedne strane, smatra se da vodik-peroksid djeluje kao supstrat za mijeloperoksidazu da proizvodi hipohlornu kiselinu. Također može inaktivirati kritične metaboličke enzime, pokrenuti lipidnu peroksidaciju, oštetiti klaster željeza i sumpora, i oslobađajući redoks-aktivno željezo, što omogućava stvaranje neselektivnih oksidansa poput hidroksilnog radikala. Alternativno gledište je da oksidaza podiže pH u vakuolama na oko 9,0, što je optimalno za neutralne proteaze koje degranuliraju iz citoplazmatskih granula (gdje su neaktivne pri pH ~5,5) i pumpa kalij u vakuolu, koji solubilizira enzime, a aktivirane proteaze su te koje ubijaju i probavljaju mikrobe.

Kod Insecta, neke funkcije NOX-a su razjašnjene. Arthropoda imaju tri tipa NOX-a (NOX4-art, p22-phox-nezavisni NOX4 specifičan za artropode i dva kalcij-zavisna enzima, DUOX). U crijevima, DUOX-ovisna proizvodnja ROS-a iz bakterijama stimulirane sluznice Drosophila melanogaster važan je mehanizam ubijanja patogena i može povećati defekaciju kao odbrambeni odgovor. Kod vrste komaraca Aedes aegypti, DUOX je uključen u kontrolu autohtone crijevne mikrobiote. Rhodnius prolixus ima DUOX aktiviran kalcijem, koji učestvuje u očvršćavanju ljuske jajeta, i NOX5, koji je uključen u kontrolu pokretljivosti crijeva i probavu krvi.

Regulacija Pažljiva regulacija aktivnosti NADPH-oksidaze je ključna za održavanje zdravog nivoa ROS-a u tijelu. Enzim je neaktivan u ćelijama u mirovanju, ali se brzo aktivira pod uticajem nekoliko stimulansa, uključujući bakterijske produkte i citokine. Vaskularne NADPH-oksidaze regulišu različiti hormoni i faktori za koje se zna da imaju važnu ulogu u vaskularnom remodeliranju i bolestima. To uključuje trombin, trombocitni faktor rasta (PDGF), faktor tumorske nekroze (TNF-a), laktozilceramid, interleukin-1 i oksidirani LDL. Također ga stimuliraju agonisti i arahidonska kiselina. Suprotno tome, sastavljanje kompleksa može biti inhibirano pomoću apocinina i difenilen-jodonija. Apocinin smanjuje upalu pluća izazvanu gripom kod miševa in vivo i stoga može imati kliničke koristi u liječenju gripe.

Ang-1 aktivira NOX2, NOX4 i mitohondrije da oslobađaju ROS, a ROS izveden iz ovih izvora igra različite uloge u regulaciji Ang-1/Tie 2 signalnog puta i proangiogenih odgovora.

Patologija Superoksidi su ključni u uništavanju stranih bakterija u ljudskom tijelu. Posljedično, nedovoljna aktivnost može dovesti do povećane osjetljivosti na organizme poput katalaza-pozitivnih mikroba, a prekomjerna aktivnost može dovesti do oksidativnog stresa i oštećenja ćelija.

Prekomjerna proizvodnja ROS-a u vaskularnim ćelijama uzrokuje mnoge oblike kardiovaskularnih bolesti, uključujući hipertenziju, aterosklerozu, infarkt miokarda i ishemijski moždani udar. Ateroskleroza je uzrokovana nakupljanjem makrofaga koji sadrže holesterol (pjenaste ćelije) u zidovima arterija (u intima). ROS koje proizvodi NADPH-oksidaza aktiviraju enzim koji uzrokuje prianjanje makrofaga na zid arterije (polimerizacijom aktinskih vlakana). Ovaj proces je uravnotežen inhibitorima NADPH-oksidaze i antioksidansima. Neravnoteža u korist ROS-a dovodi do ateroskleroze. In vitro studije otkrile su da inhibitori NADPH-oksidaze apocinin i difenilenjodonij, zajedno s antioksidansima N-acetil-cisteinom i resveratrolom, depolimeriziraju aktin, prekidaju adhezije i omogućavaju pjenastim ćelijama da migriraju iz intime.

Jedna studija sugerira ulogu NADPH-oksidaze u gubitku neuronske ekspresije parvalbumina i GAD67 izazvane ketaminom. Sličan gubitak je uočen kod shizofrenije, a rezultati mogu ukazati na NADPH-oksidazu kao mogućeg faktora u patofiziologiji bolesti.Tom Fagan. Does Oxidative Stress Link NMDA and GABA Hypotheses of Schizophrenia? Schizophrenia Research Forum. December 09, 2007. Nitro plavi tetrazolij se koristi u dijagnostičkom testu, posebno za hroničnu granulomatozu, bolest kod koje postoji defekt u NADPH-oksidazi; stoga fagocit nije u stanju da proizvede reaktivne vrste kisika ili radikale potrebne za ubijanje bakterija, što rezultira time da bakterije napreduju unutar fagocita. Što je veći plavi rezultat, to je ćelija bolja u proizvodnji reaktivnih vrsta kisika.

Također je pokazano da NADPH-oksidaza ima ulogu u mehanizmu koji indukuje stvaranje sFlt-1, proteina koji deaktivira određene proangiogene faktore koji imaju ulogu u razvoju placente, olakšavajući stvaranje reaktivnih vrsta kisika, za koje se sumnja da su posrednici u stvaranju sFlt-1. Ovi efekti su djelimično odgovorni za izazivanje preeklampsije kod trudnica.

Mutacije Mutacije u genima podjedinice NADPH-oksidaze uzrokuju nekoliko hroničnih granulomatoznih bolesti (CGD), koje karakterizira ekstremna podložnost infekcijama. To uključuje:

X-vezana hronična granulomatozna bolest (CGD) Autosomno recesivna citokrom b-negativna CGD Autosomno recesivna citokrom b-pozitivna CGD tip I Autosomno recesivna citokrom b-pozitivna CGD tip II.

Kod ovih bolesti, ćelije imaju nizak kapacitet za fagocitozu i javljaju se perzistentne bakterijske infekcije. Područja zaraženih ćelija su česta, granulomi. Sličan poremećaj nazvan sindrom imunodeficijencije neutrofila povezan je s mutacijom u RAC2, koji je također dio kompleksa.

Inhibicija NADPH-oksidaza može biti inhibirana apocininom, dušik-oksidom (NO) i difenilen-jodonijem. Apocinin djeluje tako što sprječava sastavljanje podjedinica NADPH-oksidaze. Apocinin smanjuje upalu pluća izazvanu gripom kod miševa in vivo i stoga može imati kliničke koristi u liječenju gripe.

Inhibicija NADPH-oksidaze pomoću NO blokira izvor oksidativnog stresa u vaskulaturi. Lijekovi koji doniraju NO (nitrovazodilatatori) se stoga koriste više od jednog stoljeća za liječenje koronarne bolesti srca, hipertenzije i zatajenja srca sprječavajući višak superoksida da propada zdrave vaskularne ćelije.

Napredniji inhibitori NADPH oksidaze uključuju GKT-831 (ranije GKT137831), dvostruki inhibitor izoformi NOX4 i NOX1 koji je patentiran u 2007. Spoj je prvobitno razvijen za idiopatsku plućnu fibrozu i dobio je oznaku lijek za rijetke bolesti od strane FDA i EMA krajem 2010.

Reference

Vanjski linkovi

1.6.3.1

Kategorija:Periferni membranski proteini Kategorija:Enzimi