Paradoks siarkowodoru

Prezentacja na temat: "Paradoks siarkowodoru"— Zapis prezentacji:

1 Paradoks siarkowodoru

2 Co wiemy o siarkowodorze?
H2S bezbarwny, łatwopalny gaz charakterystyczny zapach zgniłych jaj silnie trujący dość dobrze rozpuszcza się w wodzie – kwas siarkowodorowy naturze powstaje podczas beztlenowego rozkładu białek obecny m.in. na dnie mórz i oceanów, pod powierzchnią szamb, w gazach wulkanicznych, towarzyszy złożom ropy naftowej

3 Wpływ na drogi oddechowe
nos potrafi wykryć H2S w stężeniu 0,0047 ppm (pert par milion) przekroczenie 500 ppm prowadzi do zaburzeń oddechowych ekspozycja na 800 ppm przez 5 minut jest śmiertelna powyżej 4 mg/m³ zapach jest odczuwany jako bardzo silny, przy stężeniach przekraczających 300 mg/m³ staje się niewyczuwalny z powodu natychmiastowego porażenia nerwu węchowego przy stężeniu powyżej 1 g/m³ śmierć może nastąpić już w wyniku zaczerpnięcia jednego oddechu

4 Czy siarkowodór może mieć pozytywny wpływ na organizm ludzki???
TAK

5 Trochę historii Pod koniec ery permu (ok. 250 ml lat temu) wzmożone erupcje wulkanów na Syberii spowodowały nasilenie emisji CO2, a co za tym idzie znaczne obniżenie poziomu tlenu w oceanach. W efekcie przyczyniło się to do masowej śmierci organizmów aerobowych (oddychających tlenem). Natomiast organizmy anaerobowe, takie jak np. zielone bakterie siarkowe, w warunkach niskiego stężenia tlenu rozwijały się bujnie produkując ogromne ilości siarkowodoru. Efektem tej wzmożonej produkcji było przedostanie się H2S do atmosfery. Pod koniec permskiego wymierania zniknęło 95% gatunków morskich i 70% lądowych. Przetrwały jedynie te organizmy, które nauczyły się tolerować, a nawet wykorzystywać siarkowodór.

6 Przypadek – ojciec wielu odkryć
Rui Wang latem 1998 roku jak zwykle wieczorem wrócił z pracy. Po wejściu do domu poczuł nieprzyjemny zapach, który wydobywał się z pisanki wykonanej przez jego córkę. Właśnie w tym momencie zaczął się zastanawiać, czy siarkowodór jest wytwarzany przez narządy i tkanki ludzkiego organizmu. Ponieważ zawodowo zajmował się badaniem wpływu NO i CO na układ krwionośny od tego postanowił rozpocząć prace nad H2S. Wstępne badania wykazały obecność małych ilości siarkowodoru w ścianach naczyń krwionośnych szczurów

7 Skąd się bierze siarkowodór w naczyniach krwionośnych?
W naczyniach krwionośnych obecny jest enzym CSE (gamma-cystationaza) oraz CBS (beta-cystationaza), który przetwarza L-cysteinę w siarkowodór. Koproduktami tej przemiany są amoniak oraz pirogronian. W jednych komórkach do produkcji siarkowodoru niezbędne są oba enzymy CBS i CSE, w innych natomiast wystarczy obecność jednego z tych enzymów.

8

9 Rozszerza naczynia krwionośne
Zaobserwowano, że zanurzenie naczyń krwionośnych szczura w roztworze siarkowodoru spowodowało ich rozszerzenie się. Wykonano badania na pojedynczych komórkach pobranych z naczyń krwionośnych zwierząt, na podstawie których określono mechanizm działania siarkowodoru

10 W jaki sposób działa?

11 Rozszerza naczynia krwionośne
Następnie przeszli do eksperymentów na żywych zwierzętach: Wstrzyknęli szczurom roztwór siarkowodoru, po czym badali ich ciśnienie. Okazało się, że ciśnienie krwi szczurów spadło, najprawdopodobniej dlatego, że gaz rozszerzył tętnice. Potwierdzało to wcześniejsze przypuszczenia, że siarkowodór rozszerza naczynia krwionośne.

12 Rozszerza naczynia krwionośne
Żeby lepiej poznać działanie siarkowodoru wyhodowano specjalną linię myszy – pozbawionych genu kodującego CSE, a więc nie wytwarzającego H2S w naczyniach krwionośnych. Badania prowadzono przez pięć lat, na trzech typach myszy: niezmutowanych (+/+) – posiadających gen kodujący CSE zmutowanych homozygotycznych (-/-) zmutowanych heterozygotycznych (-/+) Poziom H2S zarówno w przypadku serca, jak i aorty spadł o ok. 80% (-/-) i o ok. 50% (-/+) w porównaniu do myszy niezmutowanych.

13 Rozszerza naczynia krwionośne
Okazało się, że w miarę jak myszy się starzały ich naczynia krwionośne się kurczyły, co z kolei spowodowało wzrost ich ciśnienia krwi powyżej wartości normalnej. Kiedy myszom wstrzyknięto siarkowodór ciśnienie ich krwi spadło.

14 Uczestniczy w regulacji metabolizmu
Siarkowodór najprawdopodobniej uczestniczy w regulacji metabolizmu - dokładniej w regulacji procesów chemicznych związanych z wykorzystaniem i wytwarzaniem energii w organizmie. Przeprowadzono badania na myszach, którym podawano małe dawki siarkowodoru, wyniki były zaskakujące: - nastąpiło spowolnienie metabolizmu, - częstość akcji serca spadła o połowę, - zwierzęta przechodziły w stan zbliżony do hibernacji.

15 Uczestniczy w regulacji metabolizmu
Gdy myszom podano 80 ppm H2S ich zapotrzebowanie na tlen spadło o ok. 50%, natomiast stężenie wydalanego dwutlenku węgla spadło o ok. 60% - podczas pierwszych 5 minut. Następnie myszy pozostawiono w tym stanie (w środowisku H2S) przez 6 godzin – ich poziom metabolizmu (PM) spadł o ok. 90%. Spadek PM wiązał się ze spadkiem temperatury ciała myszy (TC). W minimalnej TC (15oC) poziom O2 i CO2 wynosiły zaledwie ok. 10% normalnego poziomu, a liczba oddechów na minutę spadła z 120 do mniej niż 10. Po 6-godzinnej ekspozycji na H2S myszy przeniesiono do normalnej tlenowej atmosfery – ich PM oraz TC powróciły do normy.

16 Chroni serce Badano izolowane szczurze serca, przez które najpierw tłoczono sól fizjologiczną, po czym przerywano tłoczenie symulując zatkanie naczyń krwionośnych co w efekcie prowadziło do zawału serca. Okazało się, że podanie siarkowodoru przed ustaniem dopływu soli zmniejszyło rozmiary uszkodzenia mięśnia sercowego. Przeprowadzono kolejne badania, tym razem na myszach, w których udowodniono, że myszy, które dzięki modyfikacjom genetycznym wytwarzały więcej siarkowodoru lepiej tolerowały niedotlenienie serca.

17 Sprzyja uczeniu się Siarkowodór jest wytwarzany także w układzie nerwowym – przez enzym CBS (beta-cystationaza). Wyniki badań wskazują, że siarkowodór może regulować wrażliwość obwodów nerwowych na bodźce. Mógłby ułatwiać komunikację między neuronami, a co za tym idzie sprzyjać uczeniu się i zapamiętywaniu. Dodatkowo H2S podwyższa poziom glutationu (przeciwutleniacza) w komórkach nerwowych, co chroni je przed stresem oksydacyjnym. Podejrzewa się także, że odgrywa istotną rolę w procesie odczuwania bólu.

18 Nowa Viagra Przeprowadzono badania ciał jamistych prącia szczurów, a także 8 mężczyzn, którzy przeszli operację zmiany płci. Okazało się, że tkanki męskiego członka zawierają dwa enzymy biorące udział w powstawaniu siarkowodoru i że gaz ten odgrywa ważną rolę w erekcji. Potwierdziły to kolejne badania. Szczurom wstrzykiwano L-cysteinę (substrat w produkcji siarkowodoru), a następnie obserwowano ich reakcję. Okazało się, że podanie L-cysteiny wywoływało u szczurów erekcję. Siarkowodór może pośredniczyć w wywoływaniu erekcji u ludzi i innych ssaków.

19 Klucz do długowieczności
Wstępne wyniki badań wskazują, że siarkowodór może wydłużać życie. Badania prowadzono na nicieniach Caenorhabditis elegans, które przetrzymywano w warunkach zawierających śladowe ilości siarkowodoru. Okazało się, że żyły one o 70% dłużej niż nicienie hodowane w normalnych warunkach.

20 ALE… Badania prowadzone na zwierzętach, nie muszą potwierdzić się u ludzi. W przeciwieństwie do szczurów i myszy owcy nie udało się wprowadzić w stan hibernacji. U prosiąt, którym podano siarkowodór obserwowano wzmożony metabolizm. Nie wiadomo jak hibernacja wpływa na funkcjonowanie mózgu.

21 Nadprodukcja H2S, a cukrzyca
Endogenna produkcja H2S z L-cysteiny katalizowana jest przez beta-cystationazę (CBS) i/lub gamma-cystationazę (CSE), koproduktami tej reakcji są amoniak oraz pirogronian. Proces ten ma miejsce w różnych organach i tkankach, m.in. w naczyniach krwionośnych, jelitach, czy też w komórkach trzustki (tzw. komórkach β), które odpowiedzialne są za produkcję insuliny. zauważono, że:

22 Nadprodukcja H2S, a cukrzyca
U zwierząt cierpiących na cukrzycę typu 1 wytwarzanie H2S w komórkach β jest nasilone Uwalnianie insuliny z trzustki jest kluczowym momentem w procesie metabolizmu glukozy, zwłaszcza w przypadku osób chorych na cukrzycę. Nadmiar H2S zabija znaczną liczbę komórek β, pozostawiając ich zbyt mało, by zdołały wytworzyć ilość insuliny niezbędną do prawidłowego przetwarzania glukozy. Dodatkowo utrudnia także uwalnianie insuliny w komórkach które przetrwały.

23 Nadprodukcja H2S, a cukrzyca - badania
Badania przeprowadzono na trzech rodzajach szczurów: ZDF – otyłe szczury z cukrzycą ZF – szczury otyłe ZL – szczury bez nadmiaru tłuszczu Były one trzymane w temp. 21oC w 12-godzinnym cyklu dzień/noc. Po uśmierceniu ich trzustki były dzielone na pojedyncze komórki i po odpowiednim przygotowaniu poddawane badaniom: na obecność enzymów CSE i CBS, siarkowodoru, a także na wpływ inhibitorów na CSE.

24 Nadprodukcja H2S, a cukrzyca - wnioski
Za nadprodukcję H2S w większym stopniu odpowiedzialna jest gamma-cystationaza (CSE) niż beta-cystationaza (CBS) W przypadku otyłych szczurów z cukrzycą obserwowano nadmierną ekspresję CSE – enzymu odpowiedzialnego za produkcję H2S

25 Nadprodukcja H2S, a cukrzyca - wnioski
Test glukozowy (wstrzyknięto D-glukozę) u 16-tygodniowych szczurów: U szczurów, którym podano PPG poziom glukozy we krwi był mniejszy – efekt ten widoczny jest szczególnie w przypadku szczurów ZDF Poziom insuliny we krwi u szczurów ZDF po podaniu PPG znacznie wzrósł DL-propargiloglicyna (PPG) – skuteczny inhibitor CSE

26 Nadprodukcja H2S, a cukrzyca - wnioski
PPG (DL-propargiloglicyna) drastycznie obniżyła poziom produkowanego w trzustce H2S do poziomu bliskiego 0 u ZDF.

27 Projektowane leki

28 Bibliografia R. Wang; Toksyczny powiew życia; Świat Nauki 04/2010 s L. Wu i in; Pancreatic Islet Overproduction of H2S and Suppressed Insulin Release in Zucker Diabetic Rats; Laboratory Investigation, 01/2009; vol. 89 s G. Yang i in.; H2S as a Physiologic Vasorelaxant: Hypertension in Mice with Deletion of Cystathionine Gamma-Lyase; Science; ; vol. 322 s E. Blackstone, M. Morrison, M.B. Roth; H2S Induces a Suspended Animation-like State in Mice; Science; ; vol. 308 s. 518 R.Wang; Two’s Company, Three’s a Crowd – Can H2S Be the Third Endogenous Gaseous Transmitter?; FASEB Journal; ; vol. 16 s

29 Dziękuję za uwagę