Azot oksit

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Atla: kullan, ara
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[değiştir | kaynağı değiştir]

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[değiştir | kaynağı değiştir]

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[değiştir | kaynağı değiştir]

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[değiştir | kaynağı değiştir]

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[değiştir | kaynağı değiştir]

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[değiştir | kaynağı değiştir]

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[değiştir | kaynağı değiştir]

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
  • NO fluorine, Klor, ve Brom ile de tepkime verir ,XNO bileşiklerini oluşturur,bunlar nitrozil halidler olarak bilinirler(örneğin nitrozil klorid) İyotla da tepkimeye girebilir ve Nitrozil iyodid de oluşur ama çok kısa bir süre içinde eski haline döner.
2NO + Cl2 → 2NOCl
  • Nitroksil (HNO) nitrik oksidin indirgenmiş biçimidir.

Traube tepkimesi

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[değiştir | kaynağı değiştir]

  • Yukarıda belirtildiği gibi, nitrik oksit yüksek sıcaklıklarda endüstriyel olarak doğrudan O2 ve N2'den üretilmektedir.Laboratuarda ise nitrik asidin indirgenmesiyle hzırlanmaktadır.
8HNO3 + 3Cu → 3Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO
  • ya da nitröz asidin indirgenmesiyle
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.
  • Ticari olarak, NO amonyağın 750 °C ila 900 °C (normali 850 °C) katalist olarak platin varlığında oksitlenmesiyle elde edilir:
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
Endotermik O2 ve N2 tepkimesi (>2000 °C) sıcaklıklarda şimşek çakarken kendiliğinden gelişmektedir.
N2 + O2 → 2NO

Koordinasyon Kimyası[değiştir | kaynağı değiştir]

Ana madde: metal nitrozil

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[değiştir | kaynağı değiştir]

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)[3]

Besin desteği[değiştir | kaynağı değiştir]

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[değiştir | kaynağı değiştir]

  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. ^ a b 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. ss. 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.

Ek okuma[değiştir | kaynağı değiştir]

  • Butler A. and Nicholson R.; " Life, death and NO." Cambridge 2003. ISBN 978-0-85404-686-7.
  • Corpas FJ et al “Constitutive arginine-dependent nitric oxide synthase activity in different organs of pea seedlings during plant development” Planta 2006 224(2):246-54.
  • Corpas FJ, del Río LA, Barroso JB. "Need of biomarkers of nitrosative stress in plants" Trends Plant Sci. 2007 12(10):436-8.
  • van Faassen, E. E.; Vanin, A. F. (eds); " Radicals for life: The various forms of Nitric Oxide." Elsevier, Amsterdam 2007. ISBN 978-0-444-52236-8.
  • F.A. Cotton, G. Wilkinson, C.A. Murillo, M. Bochmann; Advanced Inorganic Chemistry, 6th ed. Wiley-Interscience, New York, 1999.
  • K.J. Gupta , M. Stoimenova, and W. M. Kaiser "In higher plants, only root mitochondria, but not leaf mitochondria reduce nitrite to NO, in vitro and in situ" Journal of Experimental Botany 2005 56(420):2601-2609.
  • E.Planchet, K.J. Gupta, M .Sonada & W.M.Kaiser (2005) "Nitric oxide emission from tobacco leaves and cell suspensions: rate limiting factors and evidence for the involvement of mitochondrial electron transport"The Plant Journal 41 (5), 732-743.
  • Stöhr, C.; Stremlau, S. "Formation and possible roles of nitric oxide in plant roots" Journal of Experimental Botany 2006 57(3):463-470.
  • Pacher, P.; Beckman, J. S.; Liaudet, L.; “Nitric Oxide and Peroxynitrite: in Health and disease” Physiological Reviews 2007, volume 87(1), page 315-424. PMID 17237348.
  • Valderrama et al. "Nitrosative stress in plants" FEBS Lett. 2007 581(3):453-61.

Dış bağlantılar[değiştir | kaynağı değiştir]