Stickstoffmonoxid

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Medizin & Gehirn

Biochemie | Zusammensetzung | Peroxynitrit

Peroxynitrit (auch Peroxinitrit geschrieben) ist ein Anion (negativ geladenes Ion, deprotoniert) mit der Formel ONOO-. Es ist genau wie Wasserstoffperoxid kein freies Radikal, aber ein noch viel stärkeres Oxidans.

Entstehung

ES entsteht in vivo (also in den Zellen) durch die diffusions-kontrollierte Reaktion (Geschwindigkeits-Konstante: 6,7 x 109 mol-1 s-1) zwischen Stickoxid und Superoxid; Reaktions-Gleichung: ·O2- + ·NO → ONO2- (Huie & Padmaja 1993). Diese Reaktion ist dreimal schneller als die enzymatische Disproportionierung des Superoxids durch die Superoxiddismutase (SOD) bei neutralem pH.

Unter Labor-Bedingungen (in vitro) wird es aus Wasserstoffperoxid und Nitrit hergestellt H2O2 + NO2- → ONOO- + H2O. Die Flüssigkeit ist bei bei stark alkalischem pH und tiefen Temperaturen über Monate stabil und hat eine gelbliche Farbe. Es wird jedoch bei neutralem pH protoniert, und die Säure (ONOOH) zerfällt mit einer Halbwertszeit von etwa 1,3 s bei 25 °C (Koppenol, Moreno et al. 1992).

 

Da seine beiden Vorläuder jeweils den Reaktiven Stickstoffspezies als auch reaktiven Sauerstoffspeizies angehören, kann man Peroxinitrit beiden Gruppen (ROS und RNS) zurechnen.

Zerfall

Die Zerfallswege sind zur Zeit Gegenstand einiger Kontroversen, ebenso wie die Frage, ob Peroxynitrit selbst oder ein Intermediat für die Reaktivität verantwortlich ist. Hinreichend geklärt ist allerdings, daß zum einen Nitrat als Endprodukt und zum anderen das hochreaktive Hydroxylradikal entstehen können.

Hydroxylradikal

Das Hydroxylradikal, als das stärkste in biologischen Systemen auftretende Oxidans, entsteht hier durch die metallkatalysierte Disproportionierung (Fentonreaktion) von Wasserstoffperoxid.

Fentonreaktion, Wasserstoffperoxid, Eisen, Hydroxylradikal

Mechanismus der Fentonreaktion

Infolge seiner hohen Reaktivität diffundiert das Hydroxylradikal im Mittel nur wenige Moleküldurchmesser, bevor es reagiert und wirkt somit ‚ortsspezifisch‘ in der nächsten Umgebung seiner Entstehung (Pryor 1986). Superoxid besitzt hier eine wichtige Funktion, da es in der Lage ist, komplexiertes Fe3+ zu Fe2+ zu reduzieren und somit erneut für die Fentonreaktion zu Verfügung zu stellen. Daneben kann Superoxid auch durch eine direkte Reaktion mit Wasserstoffperoxid das Hydroxylradikal erzeugen (Haber-Weiss-Reaktion), jedoch ist diese Reaktion sehr langsam und spielt in biologischen System kaum eine Rolle (Buettner 1993).

Wirkung

Da Peroxynitrit aus zwei relativ schwachen Oxidantien entsteht und hinreichend stabil ist, um einige Zelldurchmesser weit zu diffundieren, multipliziert sich darüber die Toxizität seiner Ausgangsmoleküle (Crow & Beckman 1995). Wie andere Oxidantien kann auch Peroxynitrit Lipide, Proteine und DNA oxidieren, allerdings aufgrund seines hohen Redoxpotentials sehr effektiv. Eine spezifische Reaktion ist dagegen die elektrophile Nitrierung am aromatischen Ring des Tyrosins (Beckman, Ischiropoulos et al. 1992), die in Anwesenheit von Kohlendioxid verstärkt abläuft (Gow, Duran et al. 1996). Die Konzentration des Kohlendioxids im Gewebe liegt typischerweise bei 1 mM (Arteel, Briviba et al. 1999), jedoch kann unter pathologischen Zuständen dieser Wert erheblich überschritten und dadurch die Entstehung von Nitrotyrosin drastisch gefördern werden (Radi 1998). In jüngster Zeit wurde für die Glutathionperoxidase eine Funktion als Peroxynitrit-Reduktase nachgewiesen. Dies stellt möglicherweise einen entscheidenen protektiven Mechanismus dar, zumal die Glutathionperoxidase in aktivierten Mikrogliazellen verstärkt exprimiert wird (Lindenau, Noack et al. 1998).

Nitrotyrosin entsteht aus der Aminosäure Tyrosin durch Nitrierung durch das Peroxinitrit-Anion (hier wirkt Peroxinitrit also nicht als Oxidationsmittel sondern wirkt durch Nitrierung). Nitrotyrosin wird daher als möglich Biomarker gehandelt, da seine Konzentration in Korrelation zu ehemals "freien" Peroxinitrit steht. Ein interessanter Ansatz, das es ansonsten so gut wie unmöglich ist, die lokale Konzentration von Peroxinitrit im Gewebe / Zellen zu messen.