Nitratreduktase

Nitratreduktasen sind Oxidoreduktasen, die die Reduktion von Nitrat zu Nitrit katalysieren. Nitratreduktasen spielen eine wichtige Rolle bei der Stickstoffassimilation (assimilatorische Nitratreduktasen) in Pflanzen und der Nitrat-Atmung (dissimilatorische Nitratreduktasen) in Bakterien (Denitrifikation).

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Aufbau des pflanzlichen Enzyms

Das Protein ist ein Homodimer, dessen Untereinheiten (ca. 100 kDa) aus drei Domänen mit jeweils unterschiedlichen, kovalent gebundenen Kofaktoren bestehen. Am C-terminalen Ende trägt das Enzym ein FAD, die mittlere Domäne ein Häm b und die N-terminale Domäne ist Molybdopterin.

Das aktive Zentrum ist in einen Trichter eingesenkt, dessen Rand mit positiven Ladungen besetzt ist. So wird eine hohe Selektivität des Enzyms gewährleistet.

Funktionen im Organismus

Pflanzlicher Stickstoffstoffwechsel

In Pflanzen ist das Enzym Teil des überaus bedeutsamen Stickstoffstoffwechsels und trägt dazu bei, reduzierten, metabolisierbaren Stickstoff für die Synthese von organischer Substanz bereitzustellen.

Aus dem Bodenwasser über die Wurzeln aufgenommenes Nitrat (Oxidationsstufe +V) wird durch die cytosolische Nitratreduktase zu Nitrit (Oxidationsstufe +III) reduziert, als Elektronendonor dient hierbei NADH oder auch NADPH:

NO₃⁻ + 2 H⁺ + 2 e⁻ → NO₂⁻ + H₂O

Durch die Nitritreduktase wird Nitrit weiter zu Ammoniak reduziert und kann in Aminosäuren eingebaut werden.

Andere Funktionen

Ein wichtiges Nebenprodukt der Nitratreduktase (mit Nitrit als Substrat) ist das Stickstoffmonoxid (NO), das als Signalmolekül dient. Das in Tieren synthetisierte NO wird allerdings durch die NO-Synthase bereitgestellt. NO ist hier vor allem als EDRF bekannt geworden, der zum Beispiel in vielen Medikamenten (z.B. Sildenafil) Anwendung findet (siehe: Organische Nitrate).