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Lexikon der Biochemie: Stickstoffmonoxid

Stickstoffmonoxid, Stickstoffoxid, Stickoxid, Stickstoff(II)-oxid, NO, ein hoch reaktives, natürlich vorkommendes Gas, das von einer Vielzahl von Tieren produziert und verwendet wird. Die Synthese von NO wurde bei Arthropoden (z.B. Teufelskrabben) und verschiedenen Säugetieren, einschließlich dem Menschen, nachgewiesen. Vermutlich entstand die biologische Produktion von NO als Reaktion auf die Zunahme des atmosphärischen Sauerstoffs in der frühen Erdgeschichte. Später haben Tiere das NO auf zwei Wegen genutzt: 1) als Mördermolekül (Makrophagen produzieren NO, wenn sie durch bakterielle Lipopolysaccharide oder γ-Interferon von Immunzellen stimuliert wurden) und 2) als Signal- bzw. Botenstoff-Molekül, sowohl im Nervensystem als auch im Gefäßsystem.

NO besitzt ein ungepaartes Elektron und ist deshalb hoch reaktiv. Nachdem NO durch eine Zelle freigesetzt wurde, verbindet es sich rasch mit Sauerstoff unter Bildung von Stickstoffdioxid (NO2), Nitrit- und Nitrationen oder es bindet an Hämoglobin. Es hat eine kurze Halbwertszeit und kann nur in einem relativ kleinen Bereich wirken. Für NO gibt es anscheinend keine spezifischen Membranrezeptoren. Das Gas gelangt durch schnelle Diffusion durch die Membran in das Zellinnere. Innerhalb der Zelle stimuliert es die Guanylat-Cyclase, die die Bildung von cGMP aus GTP katalysiert. Zyklisches GMP ist ein Botenstoff, der viele Prozesse aktiviert, wie z.B. die Muskelrelaxation und Änderungen der Gehirnchemie.

Die Familie der NO-Synthasen (L-Arginin, NAD-PH : Oxidoreduktase, NO-Bildung, EC 1.14. 13.39; abgekürzt NOS) umfasst drei Säugetierisoformen, die alle gereinigt, kloniert und exprimiert worden sind. Die drei Enzyme unterscheiden sich in ihrer Primärsequenz, chromosomalen Lokalisation und Regulierung. Sie weisen jedoch den gleichen Katalysemechanismus auf, durch den sie in Gegenwart von NADH eine zweistufige, 5-Elektronen-Reduktion von Arginin katalysieren, unter Bildung von NO und L-Citrullin (molekularer Sauerstoff wird sowohl in NO als auch in L-Citrullin inkorporiert, Abb.). [M.A. Marletta et al. Biochemistry 27(1988) 8.706-8.711; D.J. Stuehr et al. J. Exp. Med. 169 (1989) 1.011-1.020; J.B. Hibbs et al. Biochem. Biophys. Res. Commun. 157 (1988) 87-94; Lowenstein et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90 (1993) 9.730-9.734; Chartrain et al. J. Biol. Chem. 269 (1994) 6.765-6.772; The Biochemist, The Bulletin of The Biochemical Society 16 (1994) enthält sechs Übersichtsartikel über Stickstoffmonoxid; K-D. Kröncke et al. Biol. Chem. Hoppe-Seyler 376 (1995) 327-343; fünf Beiträge, die sich mit Stickstoffmonoxid befassen, in Annu. Rev. Physiol. 57 (1995) 659-790]



Stickstoffmonoxid. Die zweistufige Reduktion von L-Arginin zu L-Citrullin und Stickstoffmonoxid, die Enzymreaktion der NO-Synthase.

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