Kwas azotowy (NO) to mała cząsteczka z podwójnym wiązaniem kowalencyjnym między atomami azotu i tlenu. Jest wytwarzany w organizmie człowieka w wyniku dwuetapowej syntezy aminokwasu argininy, katalizowanej przez enzym syntaza tlenku azotu (NOS). NOS występuje w trzech postaciach w różnych tkankach. Wysoce reaktywny NO jest wytwarzany w odpowiedzi na stres i jest zarówno cytotoksyną, jak i środkiem cytoochronnym.
Wolny rodnik, tlenek azotu, ma toksyczny wpływ na komórki gospodarza i bakterii. Jego wytwarzanie w komórkach nabłonkowych jest kontrolowane przez nabłonkową syntazę tlenku azotu (eNOS). Syntaza tlenku azotu jest związana w błonie komórkowej po stronie cytoplazmy lub w błonach różnych organelli. NO w komórkach nabłonkowych odgrywa zasadniczą rolę w kontrolowaniu skurczu i rozszerzenia naczyń. Zakotwiczenie eNOS w błonie komórkowej pomaga komórce ograniczyć aktywność NO do małych miejsc.
Indukowana syntaza tlenku azotu (iNOS) jest wykorzystywana przez organizm w celu zahamowania wzrostu komórek w nowotworach nabłonka żołądka, piersi i mózgu. NO wytwarzany w wyniku działania iNOS wyłącza metabolizm energetyczny, reagując z kwasem dezoksyrybonukleinowym (DNA) komórki i ostatecznie zabija komórkę. Dobra tkanka może zostać uszkodzona w walce o zabicie komórek nowotworowych. Podobnie NO syntetyzowany z eNOS zwalcza inwazję komórek bakteryjnych, zabijając jednocześnie na oślep otaczające komórki somatyczne. Każdy rodzaj śmierci komórek gospodarza może prowadzić do wstrząsu toksycznego, poważnego powikłania u pacjentów z osłabionym układem odpornościowym.
W komórkach nerwowych i wokół nich NO działa jako krótkotrwały przekaźnik sygnału, łatwo dyfundujący przez błony. Neuronalna syntaza tlenku azotu (nNOS) jest stale poddawana recyklingowi w celu wytworzenia NO, ponieważ NO jest stabilny przez zaledwie kilka sekund, zanim zostanie zneutralizowany przez cząsteczki wody. Ekspresję enzymu reguluje stężenie jonów wapnia. Uważa się, że NO bierze udział w przekształcaniu pamięci krótkotrwałej w długotrwałą w procesie zwanym długotrwałym wzmocnieniem (LTP).
Inhibitory syntazy tlenku azotu działają neuroprotekcyjnie, ponieważ zmniejszają dostępność wolnego rodnika NO. Związki z tej klasy obejmują hydrofilową witaminę C i hydrofobową witaminę E. Te i inne cząsteczki badano z nadzieją na spowolnienie stanów neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona. Od 2010 r. nie wykazano bezpośrednich powiązań. Jedną z obaw jest to, że zmniejszając aktywność syntazy tlenku azotu, neurony mogą być chronione, ale wspomnienia mogą zostać utracone.