Nitritreduktasen

Nitritreduktasen sind Enzyme, die Nitrit (NO2−) zu weiteren Verbindungen des Stickstoffkreislaufs reduzieren. Sie kommen in zwei grundsätzlichen Funktionen vor: assimilatorische Nitritreduktion zur Ammoniumbildung für Biosynthese und dissimilatorische Nitritreduktion als Teil der anaeroben Atmung bzw. Denitrifikation.

Assimilatorische nitritreduktasen dienen der Biosynthese von Aminosäuren und organischem Stickstoff. In Pflanzen, Algen und vielen Mikroorganismen erfolgt diese Reaktion durch Nitritreduktionenseinheiten wie NirA (pflanzlich/oplanktonisch, ferredoxin-abhängig) und in vielen Bakterien durch den NirBD-Komplex, der Nitrit zu Ammonium reduziert. Diese Reaktion liefert Ammonium, das in Aminosäuren und Nukleotide eingebaut wird und somit den Zellstoffwechsel unterstützt.

Dissimilatorische nitritreduktasen fungieren als Elektronenakzeptoren im anaeroben Stoffwechsel und spielen eine zentrale Rolle in der Denitrifikation. Die wichtigsten nitritreduktasen in Bakterien sind NirK und NirS. NirK ist kupferhaltig und periplasmisch lokalisiert, NirS ist ein cytochrom-c1-haltiges Enzym; beide reduzieren Nitrit zu Stickstoffmonoxid (NO), das weiter zu Distickstoffmonoxid (N2O) und schließlich zu N2 reduziert wird. Diese Systeme werden typischerweise unter sauerstoffarmen Bedingungen aktiviert und sind eng mit der Atmung unter reduzierten Bedingungen verknüpft.

Vorkommen und Bedeutung: Nitritreduktasen finden sich in Bakterien, Archea, Pflanzen und Algen und sind entscheidend für den Stickstoffkreislauf in Böden, Gewässern und Kläranlagen. Sie beeinflussen Nitrit- und Nitratgehalte, Treibhausgasemissionen und die Verfügbarkeit von Stickstoff in Ökosystemen. In der Umwelttechnik werden nitritreduktive Prozesse genutzt, um Stickstoffverbindungen in Abwässern zu steuern.