Salpetersäure (NO) ist ein kleines Molekül mit einer kovalenten Doppelbindung zwischen Stickstoff- und Sauerstoffatomen. Es wird im menschlichen Körper durch eine zweistufige Synthese aus der Aminosäure Arginin hergestellt, katalysiert durch das Enzym Stickoxid-Synthase (NOS). NOS kommt in drei Formen in verschiedenen Geweben vor. Das hochreaktive NO wird als Stressreaktion produziert und ist sowohl ein Zytotoxin als auch ein Zytoprotektivum.
Stickstoffmonoxid, ein freies Radikal, hat toxische Wirkungen auf Wirts- und Bakterienzellen. Seine Produktion in Epithelzellen wird durch die epitheliale Stickoxidsynthase (eNOS) kontrolliert. Stickstoffmonoxid-Synthase wird in der Zellmembran auf der Zytoplasmaseite oder in den Membranen verschiedener Organellen gebunden. NO in Epithelzellen ist maßgeblich an der Kontrolle der Gefäßkontraktion und -erweiterung beteiligt. Die Verankerung von eNOS in der Zellmembran hilft der Zelle, die Aktivität von NO auf kleine Stellen zu beschränken.
Induzierbare Stickoxid-Synthase (iNOS) wird vom Körper eingesetzt, um das Wachstum von Zellen in Magenepithel-, Brust- und Hirntumoren zu stoppen. NO, das durch die Wirkung von iNOS gebildet wird, deaktiviert den Energiestoffwechsel, indem es mit der Desoxyribonukleinsäure (DNA) der Zelle reagiert und die Zelle schließlich tötet. Gutes Gewebe kann im Kampf um das Abtöten von Tumorzellen verletzt werden. Ebenso bekämpft mit eNOS synthetisiertes NO die Invasion von Bakterienzellen, während es wahllos umgebende Körperzellen abtötet. Beide Arten des Wirtszelltods können zu einem toxischen Schock führen, einer schwerwiegenden Komplikation für Patienten mit geschwächtem Immunsystem.
In und um Nervenzellen wirkt NO als kurzzeitiger Signalgeber, der leicht durch die Membranen diffundiert. Neuronale Stickoxid-Synthase (nNOS) wird kontinuierlich recycelt, um NO zu produzieren, da das NO nur Sekunden stabil ist, bevor es durch Wassermoleküle neutralisiert wird. Die Expression des Enzyms wird durch die Calciumionenkonzentration reguliert. Es wird angenommen, dass NO an der Umwandlung des Kurzzeit- in das Langzeitgedächtnis durch einen Prozess namens Langzeitpotenzierung (LTP) beteiligt ist.
Inhibitoren der Stickoxid-Synthase wirken neuroprotektiv, da sie die Verfügbarkeit des freien Radikals NO reduzieren. Verbindungen dieser Klasse umfassen hydrophiles Vitamin C und hydrophobes Vitamin E. Diese und andere Moleküle wurden in der Hoffnung untersucht, neurodegenerative Erkrankungen wie die Parkinson-Krankheit zu verlangsamen. Ab 2010 wurden keine direkten Verbindungen nachgewiesen. Eine Befürchtung ist, dass durch die Verringerung der Aktivität der Stickoxid-Synthase Neuronen geschützt werden könnten, aber Erinnerungen verloren gehen könnten.