Nitritreduktase

Nitritreduktase ist der Sammelbegriff für Enzyme, die Nitrit (NO2-) in andere Stickstoffverbindungen reduzieren. Im Stickstoffzyklus spielen sie eine zentrale Rolle, sowohl bei der Assimilation von Nitrat-Nitrogen als auch bei der Denitrifikation. Grundsätzlich unterscheidet man assimilatorische Nitritreduktasen, die Nitrit zu Ammonium für Biosynthese reduzieren, von dissimilatorischen Nitritreduktasen, die Nitrit als Elektronenakzeptor in der Denitrifikation verwenden.

Assimilative Nitritreduktasen, meist NirA genannt, kommen in Pflanzen, Algen und vielen mikrobielle Organismen vor. Sie sind ferredoxin-abhängig und befinden sich typischerweise in Chloroplasten (bei Pflanzen) bzw. im Cytosol bei Bakterien. Die Reaktion lautet NO2- + 6e- + 8H+ → NH4+ + 2 H2O; Nitrit wird zu Ammonium reduziert, das für die Synthese von Aminosäuren und Nukleotiden verwendet wird.

Dissimilatorische Nitritreduktasen umfassen NirK (kupferhaltig) und NirS (Cytochrom cd1). Sie liegen meist im periplasmatischen Raum oder an der Zellmembran und reduzieren Nitrit zu Stickstoffmonoxid (NO): NO2- + 2e- + 2H+ → NO + H2O. NO dient als Zwischenprodukt der Denitrifikation und wird weiter zu N2O und schließlich zu N2 reduziert.

Die Aktivität dieser Enzyme beeinflusst wesentliche den Stickstoffkreislauf und Umweltprozesse. Assimilative NirA unterstützen das Nitrat-Stickstoff-Biosynthese in Pflanzen und Mikroorganismen, während dissimilatorische NirK und NirS unter den Bedingungen der Denitrifikation den Verlust von Nitrat aus Böden und Gewässern beeinflussen und so Treibhausgasemissionen wie NO bzw. N2Omitverantwortlich machen können.