Kväveoxid (II). | |||
---|---|---|---|
| |||
Allmän | |||
Systematiskt namn |
Kväveoxid (II). | ||
Chem. formel | NEJ | ||
Fysikaliska egenskaper | |||
stat | färglös gas | ||
Molar massa | 30,0061 g/ mol | ||
Densitet | gas: 1,3402 kg/m³ | ||
Joniseringsenergi | 9,27 ± 0,01 eV [2] | ||
Termiska egenskaper | |||
Temperatur | |||
• smältning | -163,6°C | ||
• kokande | -151,7°C | ||
• nedbrytning | över +700 °C | ||
Entalpi | |||
• utbildning | 81 kJ/mol | ||
Ångtryck | 34,2 ± 0,1 atm [2] | ||
Kemiska egenskaper | |||
Löslighet | |||
• i vatten | 0,01 g/100 ml | ||
Klassificering | |||
Reg. CAS-nummer | [10102-43-9] | ||
PubChem | 145068 | ||
Reg. EINECS-nummer | 233-271-0 | ||
LEDER | [N]=O | ||
InChI | InChI=1S/NO/cl-2MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N | ||
RTECS | QX0525000 | ||
CHEBI | 16480 | ||
FN-nummer | 1660 | ||
ChemSpider | 127983 | ||
Säkerhet | |||
GHS-piktogram | |||
NFPA 704 | 0 3 0OXE[ett] | ||
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges. | |||
Mediafiler på Wikimedia Commons |
Kväveoxid (II) ( mon (o) kväveoxid , kväveoxid , nitrosylradikal ) NO - icke-saltbildande kväveoxid .
Närvaron av en oparad elektron orsakar benägenheten hos NO att bilda svagt bundna N 2 O 2 -dimerer . Dessa är ömtåliga föreningar med en ΔH ° -dimerisering på cirka 17 kJ/mol. Flytande kväveoxid (II) består till 25 % av N 2 O 2 -molekyler , och den fasta substansen består helt och hållet av dem.
Kväveoxid (II) är den enda kväveoxiden som kan erhållas direkt från fria grundämnen genom att kombinera kväve med syre vid höga temperaturer (1200-1300 ° C) eller i en elektrisk urladdning. I naturen bildas det i atmosfären under blixtnedslag (reaktionens termiska effekt är -180,9 kJ):
och reagerar omedelbart med syre :
.När temperaturen sjunker sönderfaller kväveoxid (II) till kväve och syre, men om temperaturen sjunker kraftigt så finns den oxid som inte hunnit sönderdelas på länge: vid låg temperatur är nedbrytningshastigheten låg. Sådan snabb kylning kallas "släckning" och används i en av metoderna för att erhålla salpetersyra .
I laboratoriet erhålls det vanligtvis genom att reagera 31% HNO 3 med vissa metaller , till exempel med koppar :
.Renare NO, inte förorenad med föroreningar, kan erhållas genom reaktionerna
, .Den industriella metoden är baserad på oxidation av ammoniak vid hög temperatur och högt tryck med deltagande av Pt , Rh , Cr 2 O 3 (som katalysatorer ):
.Produktionen av NO är ett av stegen i produktionen av salpetersyra .
Under normala förhållanden är NO en färglös gas. Låglösligt i vatten. Den har en densitet på 1,3402 kg/m³ [3] . Flytande med svårighet; i flytande och fast form har en blå färg.
Vid rumstemperatur och atmosfärstryck oxideras NO av atmosfäriskt syre:
.Som ett resultat blir blandningen av gaser brun.
NO kännetecknas också av halogenadditionsreaktioner med bildning av nitrosylhalogenider, i denna reaktion uppvisar NO egenskaperna hos ett reduktionsmedel med bildning av nitrosylklorid :
.I närvaro av starkare reduktionsmedel uppvisar NO oxiderande egenskaper:
.Vid temperaturer över +700 °C sönderdelas det:
.
Det reagerar inte med vatten, det är en icke-saltbildande oxid.
Kväveoxid (II) är en giftig gas med en kvävande effekt.
Kväveoxid är en av få kända gastransmittorer och är dessutom en kemiskt mycket reaktiv fri radikal som kan verka både som oxidationsmedel och som reduktionsmedel. Kväveoxid är en viktig andra budbärare i ryggradsdjursorganismer och spelar en viktig roll i intercellulär och intracellulär signalering och, som ett resultat, i en mängd olika biologiska processer. [4] Det är känt att kväveoxid produceras av nästan alla typer av levande organismer, från bakterier, svampar och växter till djurceller. [5]
Kväveoxid, ursprungligen känd som den endoteliala vasodilatorfaktorn (vars kemiska natur ännu inte var känd) syntetiseras i kroppen från arginin med deltagande av syre och NADP av enzymet kväveoxidsyntas . Återvinning av oorganiska nitrater kan också användas för att producera endogen kväveoxid i kroppen. Det vaskulära endotelet använder kväveoxid som en signal till de omgivande glatta muskelcellerna att slappna av, vilket resulterar i vasodilatation och ökat blodflöde. Kväveoxid är en mycket reaktiv fri radikal med en livslängd i storleksordningen några sekunder, men den har en hög förmåga att penetrera biologiska membran. Detta gör kväveoxid till en idealisk signalmolekyl för kortvarig autokrin (inom en cell) eller parakrin (mellan tätt placerade eller intilliggande celler) signalering. [6]
Oavsett aktiviteten av kväveoxidsyntas, finns det en annan väg för biosyntesen av kväveoxid, den så kallade nitrat-nitrit-oxid-vägen, som består i sekventiell reduktion av dietära nitrater och nitriter erhållna från vegetabiliska livsmedel. [7] Nitratrika grönsaker, särskilt bladgrönsaker som spenat och ruccola , samt rödbetor , har visat sig öka endogena kväveoxidnivåer och ge myokardiskt skydd mot ischemi, samt sänka blodtrycket hos individer med anlag för arteriell hypertoni eller början av hypertoni. [8] [9] För att kroppen ska kunna producera kväveoxid från matnitrater via nitrat-nitrit-oxid-vägen måste nitrat först reduceras till nitrit av saprofytiska bakterier (kommensala bakterier) som lever i munnen. [10] Övervakning av kväveoxidhalt i saliv gör det möjligt att detektera bioomvandlingen av växtnitrater till nitriter och kväveoxid. Ökade nivåer av kväveoxid i saliv har observerats med dieter rik på bladgrönt. I sin tur är bladgrönt ofta en viktig komponent i många antihypertensiva och "hjärt"-dieter utformade för att behandla högt blodtryck, kranskärlssjukdom och hjärtsvikt. [elva]
Produktionen av kväveoxid ökar hos människor som bor i bergen, särskilt på höga höjder. Detta bidrar till kroppens anpassning till tillstånd med reducerat partialtryck av syre och en minskning av sannolikheten för hypoxi på grund av ett ökat blodflöde både i lungorna och i perifera vävnader. De kända effekterna av kväveoxid inkluderar inte bara vasodilatation, utan också deltagande i neurotransmission som en gassändare, och aktivering av hårväxt, [12] och bildandet av reaktiva metaboliska intermediärer, och deltagande i peniserektionsprocessen (på grund av förmågan kväveoxid för att vidga kärlen i penis). Farmakologiskt aktiva nitrater, såsom nitroglycerin , amylnitrit , natriumnitroprussid , realiserar sina vasodilaterande, antianginala (antiischemiska), hypotensiva och antispasmodiska effekter på grund av det faktum att kväveoxid bildas från dem i kroppen. Det kärlvidgande antihypertensiva läkemedlet minoxidil innehåller en NO-rest och kan bland annat fungera som NO-agonist. På liknande sätt förbättrar sildenafil och liknande läkemedel erektionen främst genom att öka den NO-relaterade signalkaskaden i penis.
Kväveoxid bidrar till upprätthållandet av vaskulär homeostas genom att orsaka avslappning av de glatta musklerna i kärlväggarna och hämma deras tillväxt och förtjockning av kärlintima (hypertensiv kärlombyggnad), samt hämma vidhäftning och aggregation av trombocyter och vidhäftning av leukocyter till det vaskulära endotelet. Patienter med vaskulär ateroskleros, diabetes mellitus eller hypertoni har ofta tecken på försämrad kväveoxidmetabolism eller abnormiteter i intracellulära kväveoxidsignalkaskader. [13]
Det har också visat sig att högt saltintag minskar kväveoxidproduktionen hos hypertonipatienter, även om biotillgängligheten av kväveoxid inte förändras, förblir densamma. [fjorton]
Kväveoxid bildas också under fagocytos av sådana celler som kan fagocytos, såsom monocyter , makrofager , neutrofiler , som en del av immunsvaret mot invaderande främmande mikroorganismer (bakterier, svampar, etc.). [15] Celler som kan fagocytos innehåller inducerbart kväveoxidsyntas (iNOS), som aktiveras av interferon-γ eller en kombination av tumörnekrosfaktor med en andra inflammatorisk signal . [16] [17] [18] Å andra sidan har β-transformerande tillväxtfaktor (TGF-β) en starkt hämmande effekt på iNOS-aktivitet och kväveoxidbiosyntes av fagocyter. Interleukin 4 och 10 har en svag hämmande effekt på iNOS-aktivitet och kväveoxidbiosyntes av motsvarande celler. Således har kroppens immunsystem förmågan att reglera aktiviteten av iNOS och arsenalen av immunsvarsmedel tillgängliga för fagocyter, vilket spelar en roll i regleringen av inflammation och styrkan av immunsvar. [19] Kväveoxid utsöndras av fagocyter under immunsvaret som en av de fria radikalerna och är mycket giftigt för bakterier och intracellulära parasiter, inklusive Leishmania [20] och malaria Plasmodium. [21] [22] [23] Mekanismen för den bakteriedödande, svampdödande och antiprotozoala effekten av kväveoxid inkluderar skador på DNA från bakterier, svampar och protozoer [24] [25] [26] och skador på järnhaltiga proteiner med förstörelsen av järnkomplex med svavel och bildandet av nitrosylkörtel. [27]
Som svar på detta har många patogena bakterier, svampar och protozoer utvecklat mekanismer för resistens mot kväveoxid som bildas under fagocytos eller mekanismer för dess snabba neutralisering. [28] Eftersom ökad produktion av endogen kväveoxid är en av markörerna för inflammation, och eftersom endogen kväveoxid kan ha en pro-inflammatorisk effekt vid tillstånd som bronkialastma och bronkoobstruktiva sjukdomar, finns det ett ökat intresse för praktisk medicin vid eventuell användning av en analys av innehållet av kväveoxid i utandningsluften som ett enkelt utandningstest för inflammation i luftvägarna. Minskade nivåer av endogen utandad kväveoxid har hittats hos rökare och cyklister som utsätts för luftföroreningar. Samtidigt, i andra populationer (d.v.s. icke-cyklister), var en ökning av nivån av endogen kväveoxid i utandningsluften associerad med exponering för luftföroreningar. [29]
Endogen kväveoxid kan bidra till vävnadsskada under ischemi och efterföljande reperfusion, eftersom det under reperfusion kan bildas en överskottsmängd kväveoxid, som kan reagera med superoxid eller väteperoxid och bilda ett starkt och giftigt oxidationsmedel som skadar vävnader - peroxinitrit . Tvärtom, vid parakvatförgiftning bidrar inandning av kväveoxid till ökad överlevnad och bättre tillfrisknande av patienter, eftersom parakvat orsakar bildandet av stora mängder superoxid och väteperoxid i lungorna, en minskning av biotillgängligheten av NO på grund av dess bindning. till superoxid och bildningen av peroxinitrit, och hämning av kväveoxidsyntasaktivitet.
I växter kan endogen kväveoxid produceras på ett av fyra sätt:
I växter är endogen kväveoxid också en signalmolekyl (gasotransmitter), bidrar till att minska eller förebygga oxidativ stress i celler, och spelar också en roll för att skydda växter från patogener och svampar. Exponering av snittblommor och andra växter för låga koncentrationer av exogen kväveoxid har visat sig förlänga den tid det tar för dem att vissna, gulna och fälla löv och kronblad. [34]
De två viktigaste mekanismerna genom vilka endogen kväveoxid utövar sina biologiska effekter på celler, organ och vävnader är S-nitrosylering av tiolföreningar (inklusive tiolgrupperna i svavelinnehållande aminosyror som cystein ) och nitrosylering av övergångsmetall joner. S-nitrosylering betyder reversibel omvandling av tiolgrupper (till exempel cysteinrester i proteinmolekyler) till S-nitrosotioler (RSNO). S-nitrosylering är en viktig mekanism för dynamisk, reversibel posttranslationell modifiering och reglering av funktionerna hos många, om inte alla, stora proteinklasser. [35] Nitrosylering av övergångsmetalljoner involverar bindning av NO till en övergångsmetalljon, såsom järn , koppar , zink , krom , kobolt , mangan , inklusive övergångsmetalljoner som en del av protesgrupper eller aktiva katalytiska ställen av metalloenzymer. I denna roll är NO en nitrosylligand . Typiska fall av nitrosylering av övergångsmetalljoner inkluderar nitrosylering av hem- innehållande proteiner, såsom cytokrom , hemoglobin , myoglobin , vilket leder till proteindysfunktion (i synnerhet hemoglobinets oförmåga att utföra sin transportfunktion, eller enzyminaktivering). Nitrosyleringen av ferrojärn spelar en särskilt viktig roll, eftersom bindningen av nitrosylliganden till ferrojonen är särskilt stark och leder till bildandet av en mycket stark bindning. Hemoglobin är ett viktigt exempel på ett protein vars funktion kan förändras under påverkan av NO på båda sätt: NO kan både direkt binda till järn i hem i nitrosyleringsreaktionen och bilda S-nitrosotioler vid S-nitrosylering av svavelinnehållande aminosyror i hemoglobin. [36]
Det finns alltså flera mekanismer genom vilka endogen kväveoxid påverkar biologiska processer i levande organismer, celler och vävnader. Dessa mekanismer inkluderar oxidativ nitrosylering av järnhaltiga och andra metallhaltiga proteiner, såsom ribonukleotidreduktas, akonitas, aktivering av lösligt guanylatcyklas med en ökning av bildningen av cGMP , stimulering av ADP-beroende proteinribosylering, S-nitrosylering av sulfhydryl (tiol) grupper av proteiner, vilket leder till deras posttranslationella modifiering (aktivering eller inaktivering), aktivering av reglerade transportfaktorer av järn, koppar och andra övergångsmetaller. [37] Endogen kväveoxid har också visat sig kunna aktivera den nukleära transkriptionsfaktorn kappa (NF-KB) i perifera mononukleära blodceller. Och det är känt att NF-KB är en viktig transkriptionsfaktor vid reglering av apoptos och inflammation, och i synnerhet en viktig transkriptionsfaktor i processen för induktion av genuttryck av inducerbart kväveoxidsyntas. Således är produktionen av endogen kväveoxid självreglerad - en ökning av NO-nivåer hämmar ytterligare uttryck av inducerbart kväveoxidsyntas och förhindrar dess överdrivna ökning av dess nivå och överdriven skada på värdvävnader under inflammation och immunsvar. [38]
Det är också känt att den vasodilaterande effekten av kväveoxid medieras huvudsakligen genom dess stimulering av aktiviteten av lösligt guanylatcyklas, vilket är ett heterodimert enzym som aktiveras vid nitrosylering. Stimulering av guanylatcyklasaktivitet leder till ackumulering av cyklisk GMP. En ökning av koncentrationen av cykliskt GMP i cellen leder till en ökning av aktiviteten av proteinkinas G. Proteinkinas G i sin tur fosforylerar ett antal viktiga intracellulära proteiner, vilket leder till återupptag av kalciumjoner från cytoplasman till intracellulär lagring och till öppningen av kalciumaktiverade kaliumkanaler . En minskning av koncentrationen av kalciumjoner i cellens cytoplasma leder till det faktum att myosin lättkedjekinas, aktiverat av kalcium, förlorar aktivitet och inte kan fosforylera myosin, vilket leder till störningar av bildandet av "broar" i myosinet molekyl och störning av dess vikning till en mer kompakt struktur (förkortningar), och följaktligen till avslappning av glatta muskelceller. Och avslappning av de glatta muskelcellerna i blodkärlens väggar leder till vasodilatation (vasodilation) och en ökning av blodflödet. [39]
Ordböcker och uppslagsverk | |
---|---|
I bibliografiska kataloger |
|
kväveoxider | |
---|---|