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.