Et signalstoff
Nitrogenmonoksid (NO) er et molekyl som kan finnes løst i væske og i gassform. NO er et radikal og kan derved virke over korte avstander i cellen før det blir deaktivert i cellene. Hos planter deltar NO deltar i forsvaret mot sykdomsfremkallende organismer som et cytotoksin, men også som et signalstoff i samvirke med hydrogenperoksid (H2O2) og kalsium (Ca2+). NO deltar i frøspiring, vekst og utvikling, blomstering, programmert kontrollert celledød, og når planter utsettes for biotisk og abiotisk stress. Nitrosylering i reaksjon mellom NO og -SH grupper på aminosyren cystein, og denitrosylering av proteiner er et eksempel på posttranslasjonsregulering av proteiner. Det er også mulig å hekte på nitrogruppen -NO2 på andre molekyler.
I planter kan NO lages i nitrogenassimilasjonen via molybden-pterin enzymet NO-nitrittt reduktase i plasmamembranen.
Reduksjon av nitritt (NO2-)
NO2- + 2e- + 2H+ → NO + H2O
Nitrat reduktase er et redoksprotein i første trinn i nitratassimilasjonen, men kan overføre elektroner fra NAD(P)H til andre akseptorer f.eks. cytokrom c. Hemogloblin finnes også hos planter og kan delta i fjerning av NO og NO homeostase.
NO kan dessuten produseres fra mikrobielle prosesser i jordsmonnet. NO lages i forbrenningsreaksjoner, og NO deltar i flere kjemiske reaksjoner i atmosfæren, bl.a. i dannelse av ozon i troposfæren. I 1992 valgte tidsskriftet Science NO som "årets molekyl".
Reaktive nitrogenforbindelser
Nitrogenmonoksid (NO) er sammen med peroksynitritt (ONOO-), S-nitrosotioler (SNO) og S-nitrosoglutation (GSNO) eksempler på reaktive nitrogenforbindelser.
NO hos dyr
NO hos vertebrater (pattedyr, fugl, fisk) blir laget fra aminosyren arginin katalysert av enzymet nitrogenoksid syntase (NOS):
2 L-arginin + 4 O2 + 3NADPH + H+ → 2 NO∙ + 2 L-citrullin+ N3ADP+ + 4H2O
Nitrogenoksid syntase inneholder både FAD og FMN, samt hem og tetrahydrobiopterin. NO syntase finnes også hos invertebrater og bakterier. Hos mennesker er det flere isoenzymer av NO syntase kodet av separate gener, i neuroner (nNOS), i immunsystemet induserbare (iNOS) og i endotelceller på innsiden av blodåreveggen (eNOS). NO syntase er tilstede permanent (konstitutive) eller induserbare.
NO og pattedyr
NO syntase hos pattedyr har i tillegg til arginin bindingssete for hem, tetrahydrobiopterin, flavin adenin dinukleotid (FAD) og flavin mononukleotid (FMN) og adenin dinukleotid fosfat (NADPH). Hos pattedyr lages NO fra aminosyren arginin katalysert av enzymet NO syntase i endotel, immun- og nerveceller. NO spiller en viktig rolle som signalstoff ved å regulere prosesser i nerve- og immunsystemet, og i blodomløpet, bl.a. blodtilstrømning til organer via avslapning av muskler rundt blodårer, jfr. virkemåten til potensmiddelet Viagra. NO aktiverer enzymet guanylat syklase som omdanner guanosintrifosfat (GTP) til syklisk GMP (cGMP) som gir avslapning av muskler i blodåreveggen. Reaksjonen skjer via hemming av opptak av kalsium i muskelcellene, og aktivering av kaliumkanaler, og aktivering av cGMP-avhengig protein kinase som aktiverer en defosforylase som fjerner fosfor fra myosin. Makrofager, en gruppe hvite blodceller i immunsystemet som blir aktivert av cytokiner (Interferon) og deltar i fagocytose, hvorav noen bruker nitrogenmonoksid (NO) og reaktive oksygenforbindelser til å bekjempe infeksjoner fra bakterier, virus og ukontrollert cellevekst. Makrofager omfatter Kuppferceller i lever, mikroglia i hjerne og sentralnervesystem, osteoklaster i beinvev, samt Langerhansceller i hud. Noen typer makrofager deltar i sårheling og skiller ut aminosyren prolin eller polyaminer. NO deltar også som signalstoff under fosterutvikling og deltar i osmofølsomme nettverk i osmoregulering. Nitroglycerol mot angina pectoris virker via NO.
Robert F Furchgott, Ferid Murad og Louis J Ignarro fikk nobelprisen i fysiologi eller medisin i 1998 for «deres oppdagelser vedrørende nitrogenoksid som et signalmolekyl i kardiovaskulære systemer».
Organiske nitritter og nitrater kan omdannes til NO, e.g. nitroglycerin (glyceryl trinitrat) brukt i behandling av angina. Nitroglycerin brukt i fortynnet løsning i medisin mot smerter i brystregionnen ble kalt endotelavledet avslapningsfaktor, inntil man oppdaget at nitrat kunne bli omdannet til NO. Andre organiske nitrater og nitritter som kan omdannes til NO er isosorbid mononitrat og isosorbid dinitrat, natrium nitroprussid, samt alkylnitritter amylnitritt, etylnitritt, metylnitritt , noen av dem kalt poppers.
Når organiske nitrater blir omdannet til NO er avhengig av molekyler med –SH-grupper.