Reaktive Stickstoffspezies

Reaktive Stickstoffspezies (engl. reactive nitrogen species, RNS) ist die Bezeichnung für hochreaktive Stickstoffverbindungen. Sie spielen bei einer Reihe physiologischer, aber auch pathophysiologischer Prozesse eine wichtige Rolle. Analog zu den reaktiven Sauerstoffspezies, die oxidativen Stress bewirken, verursachen reaktive Stickstoffspezies nitrosativen Stress. So sind die reaktiven Stickstoffspezies für einige zellpathologische Erscheinungen verantwortlich, die früher ausschließlich den reaktiven Sauerstoffspezies zugerechnet wurden. Zu den reaktiven Stickstoffspezies werden Stickstoffmonoxid und sein Folgeprodukt Peroxinitrit gerechnet.

Entstehung

Das relativ stabile Radikal Stickstoffmonoxid (NO^·) entsteht in den Zellen durch die katalytische Wirkung der NO-Synthasen (NOS). Dabei reagiert L-Arginin mit molekularem Sauerstoff zu Stickstoffmonoxid und L-Citrullin. Das gebildete Stickstoffmonoxid diffundiert an die Zellmembran.

An der Zellmembran wird mit Hilfe des Enzyms NADPH-Oxidase (NOX) das ebenfalls radikalische Hyperoxid-Anion (O₂^·−) gebildet. In einer diffusionslimitierten Reaktion reagiert das Stickstoffmonoxid mit dem Hyperoxid-Anion zu dem nicht-radikalischen, aber hochreaktiven Peroxinitrit:

Peroxinitrit ist wegen seines hohen Redoxpotentials wesentlich aggressiver als seine beiden Vorläufermoleküle.

So reagiert Peroxynitrit mit stets vorhandenem Kohlenstoffdioxid zum kurzlebigen Nitrosoperoxycarbonat-Ion, das in zwei hochreaktive Radikale zerfällt, die für die DNA-Schäden von Peroxinitrit verantwortlich sind:

Neben tierischen Zellen produzieren auch Pflanzenzellen Stickstoffmonoxid und damit auch potenziell reaktive Stickstoffspezies.

Auswirkungen

Die reaktiven Stickstoffspezies sind für eine Vielzahl von physiologischen Prozessen wichtig, unter anderem für den Gefäßtonus und die Immunantwort. Der Hauptmechanismus ist dabei die Induktion der Apoptose (programmierter Zelltod). Peroxynitrit ist in der Lage, intrazellulär den Glutathionspiegel zu senken und dadurch die Apoptose herbeizuführen.

Man geht davon aus, dass durch reaktive Stickstoffspezies ausgelöster nitrosativer Stress in eine Reihe von neurologischen, inflammatorischen, Stoffwechsel- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen involviert ist.

Nachweis

Ein Marker für nitrosativen Stress ist Nitrotyrosin. Es wird bei der Reaktion von Tyrosin mit Reaktionsfolgeprodukten der Stickstoffspezies gebildet und ist in vitro mit geeigneten Verfahren nachweisbar.

Weiterführende Literatur

• A. Hausladen u. a.: Nitrosative Stress: Activation of the Transcription Factor OxyR. In: Cell 86, 1996, S. 719–729, doi:10.1016/S0092-8674(00)80147-6
• A. Hausladen u. a.: Nitrosative stress: Metabolic pathway involving the flavohemoglobin. In: PNAS 95, 1998, S. 14100–14105. (PDF; 202 kB)
• B. Plege: Unterschiedliche Schutzmechanismen humaner Tumorzellen gegen Apoptoseinduktion durch reaktive Sauerstoff- und Stickstoffspezies. Dissertation (PDF; 6,03 MB), Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, 2006

Weblinks

• (Memento vom 22. September 2010 im Internet Archive) Fachbroschüre

Einzelnachweise

1. G. L. Squadrito und W. A. Pryor: Oxidative chemistry of nitric oxide: the roles of superoxide, peroxynitrite and carbon dioxide. In: Free Radical Biol Chem. 25, 1998, S. 392–403. PMID 9741578.
2. R. Loch: Antimikrobielle Wirkstoffe als potenzielle Antitumor-Mittel, Dissertation, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i. Br., 2007, S. 7.
3. N. Pauly u. a.: Reactive oxygen and nitrogen species and glutathione: key players in the legume-Rhizobium symbiosis. In: Journal of Experimental Botany. 57, 2006, S. 1769–1776. doi:10.1093/jxb/erj184 PMID 16698817
4. G. Bauer: Reactive Oxygen and Nitrogen species: Efficient, Selective, and Interactive Signals During Intercellular Induction of Apoptosis. In: Anticancer Res 20, 2000, S. 4115–4140. PMID 11205238.
5. G. Bauer u. a.: Reactive oxygen spezies and apoptosis. In: Handbook of Exp. Pharmakology. R. G. Cameron und G. Feuer (Herausgeber), Springer Verlag, 142, 2000, S. 275–318.
6. B. Zucker u. a.: Glutathione depletion in fibroblasts is the basis for apoptosis-induction by endogenous reactive oxygen species. In: Cell Death Differ. 4, 1997, S. 388–395. PMID 16465257.
7. R. Radi u. a.: Peroxynitrite-induced membrane lipid peroxidation: the cytotoxic potential of superoxide and nitric oxide. In: Arch Biochem Biophys 288, 1991, S. 481–487. PMID 1654835.
8. R. M. Uppu u. a.: Cardiovascular effects of peroxynitrite. In: Clin Exp Pharmacol Physiol. 34, 2007, S. 933–937. PMID 17645643.
9. R. Radi u. a.: Unraveling peroxynitrite formation in biological systems. In: Free Radic Biol Med 30, 2001, S. 463–488. PMID 11182518.