Azot monoksit

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. 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.

Azot monoksit, 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 monoksitin 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.

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.

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 monoksit  nitrik aside dönüşebilir, ki bu da asit yağmurunda görülür. Ek olarak, hem NO hem de NO2  ozon tabakası silinmesinde pay sahibidirler. Azot monoksit 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. NO'nun kanın mononükleer akyuvarlarında iNOS gen ekspresyonu ve iltihabi yanıttan sorumlu önemli bir transkripsiyon faktörü olan NFkB aktivasyonu yaptığı gösterilmiştir.. 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 vazodilatasyon).

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. Ayrıca yarı iletken endüstrisinde de pay sahibi olmuştur.CMOS aygıtlarda nitröz oksit ile birlikte oksinitrit kapılarını oluşturmak için yararlanılmaktadır.

Diğer kullanımları 

Azot monoksit 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 monoksit 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.
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 monoksit (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.

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

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

Bitkilerde, 4 ayrı yoldan biriyle sentezlenmektedir:(i)L-arjinin-bağımlı azot oksit sentaz,
,, (her ne kadar bitkilerde hayvan NOS analogu enzimler olduğu tartışmalı olsa da), (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 ve bitkilerin patojenlerle başa çıkmasını sağlar. Viagra ile muamele edilen koparılmış çiçeklerin solmadan önce daha uzun süre dayandığı ve dik durduğu gösterilmiştir.

Azot monoksitin 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. Bunlar ECMO kullanımından önce son-çare gaz karışımlarıdır.NO tedavisi pulmoner vasküler hastalıkları olan yenidoğanlarda hayatı kurtarabilmektdir.

Tepkimeleri 

 Oksijene maruz kaldığında, NO  azot diokside dönüşür.
 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  flor, klor ve brom ile de tepkime verir,XNO bileşiklerini oluşturur, bunlar nitrozil halidler olarak bilinirler(örneğin nitrozil klorür) İyotla da tepkimeye girebilir ve Nitrozil iyodür de oluşur ama çok kısa bir süre içinde  eski haline döner.
 2NO + Cl2 → 2NOCl
 Nitroksil (HNO) nitrik oksidin indirgenmiş biçimidir.
 Azot oksit aseton ve  alkoksid ile tepkimeye girerek diazeniumdiolat ya da nitrozohidroksilamin ve Metil asetat verir. ] :

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..

Hazırlanması 

 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 

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..Buna benzer kompleksler CO ile izoelektronik olan NO+ tepkimelerinde de gözlenmektedir.

Azot monoksit 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. NO içeren bir örnek bol miktarda ozon içeren bir yere konur. Azot monoksit 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.

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

Besin desteği 
Azot monoksit 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.

Kaynakça

Konuyla ilgili yayınlar 

 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 
 National Pollutant Inventory - Oxides of nitrogen Fact Sheet
 1998 Nobel Prize in Physiology/Medicine for discovery of NO's role in cardiovascular regulation 
 Nitric Oxide and its Role in Diabetes, Wound Healing and Peripheral Neuropathy 
 Microscale Gas Chemistry: Experiments with Nitrogen Oxides 
 Your Brain Boots Up Like a Computer  - new insights about the biological role of nitric oxide.
 Assessing The Potential of Nitric Oxide in the Diabetic Foot 
 New Discoveries About Nitric Oxide Can Provide Drugs For Schizophrenia 

Serbest radikaller
Oksitler
Azot bileşikleri
Nörotransmitterler
Azot metabolizması
Çözünür gazlar
Gazlar
Antagonistler (farmakoloji)