Το νιτρικό οξύ (ΝΟ) είναι ένα μικρό μόριο με διπλό ομοιοπολικό δεσμό μεταξύ ατόμων αζώτου και οξυγόνου. Παράγεται στο ανθρώπινο σώμα με σύνθεση δύο σταδίων από το αμινοξύ αργινίνη, που καταλύεται από το ένζυμο συνθάση νιτρικού οξειδίου (NOS). Το NOS υπάρχει σε τρεις μορφές σε διαφορετικούς ιστούς. Το εξαιρετικά αντιδραστικό ΝΟ παράγεται ως απόκριση στρες και είναι ταυτόχρονα κυτταροτοξίνη και κυτταροπροστατευτικός παράγοντας.
Ένα ελεύθερο ριζικό, νιτρικό οξείδιο έχει τοξικές επιδράσεις στα ξενιστικά και βακτηριακά κύτταρα. Η παραγωγή του σε επιθηλιακά κύτταρα ελέγχεται από συνθετάση επιθηλιακού οξειδίου του αζώτου (eNOS). Η συνθάση μονοξειδίου του αζώτου συνδέεται στη μεμβράνη του κυττάρου στην πλευρά του κυτταροπλάσματος ή στις μεμβράνες διαφόρων οργανιδίων. Το ΝΟ στα επιθηλιακά κύτταρα είναι καθοριστικό για τον έλεγχο της αγγειακής συστολής και διαστολής. Η αγκύρωση του eNOS στην κυτταρική μεμβράνη βοηθά το κύτταρο να περιορίσει τη δραστηριότητα του ΝΟ σε μικρές θέσεις.
Η επαγώγιμη συνθάση νιτρικού οξειδίου (iNOS) χρησιμοποιείται από το σώμα για να σταματήσει την ανάπτυξη κυττάρων στους όγκους του γαστρικού επιθηλίου, του μαστού και του εγκεφάλου. Το ΝΟ που παράγεται από τη δράση του iNOS απενεργοποιεί τον ενεργειακό μεταβολισμό αντιδρώντας με το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) του κυττάρου και τελικά σκοτώνει το κύτταρο. Ο καλός ιστός μπορεί να τραυματιστεί στη μάχη για να σκοτώσει τα καρκινικά κύτταρα. Ομοίως, το NO που συντίθεται με το eNOS καταπολεμά την εισβολή βακτηριακών κυττάρων ενώ σκοτώνει αδιακρίτως τα γύρω σωματικά κύτταρα. Οποιοσδήποτε τύπος θανάτου κυττάρου ξενιστή μπορεί να οδηγήσει σε τοξικό σοκ, μια σοβαρή επιπλοκή για ασθενείς με εξασθενημένο ανοσοποιητικό σύστημα.
Μέσα και γύρω από τα νευρικά κύτταρα, το ΝΟ δρα ως βραχυπρόθεσμος πομπός σήματος, διαχέεται εύκολα στις μεμβράνες. Η νευρωνική συνθάση νιτρικού οξειδίου (nNOS) ανακυκλώνεται συνεχώς για να παράγει ΝΟ, καθώς το ΝΟ είναι σταθερό για λίγα δευτερόλεπτα προτού εξουδετερωθεί από μόρια νερού. Η έκφραση του ενζύμου ρυθμίζεται από τη συγκέντρωση ιόντων ασβεστίου. Το ΝΟ πιστεύεται ότι εμπλέκεται στη μετατροπή βραχυπρόθεσμης σε μακροπρόθεσμη μνήμη μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται μακροπρόθεσμη ενίσχυση (LTP).
Οι αναστολείς της συνθάσης οξειδίου του αζώτου είναι νευροπροστατευτικοί, καθώς μειώνουν τη διαθεσιμότητα του ελεύθερου ριζικού ΝΟ. Οι ενώσεις αυτής της κατηγορίας περιλαμβάνουν υδρόφιλη βιταμίνη C και υδρόφοβη βιταμίνη Ε. Αυτά και άλλα μόρια έχουν διερευνηθεί με την ελπίδα να επιβραδύνουν τις νευροεκφυλιστικές καταστάσεις όπως η νόσος του Πάρκινσον. Από το 2010, οι άμεσοι σύνδεσμοι δεν έχουν αποδειχθεί. Ένας φόβος είναι ότι μειώνοντας τη δραστηριότητα της συνθάσης νιτρικού οξειδίου, οι νευρώνες μπορεί να προστατευτούν αλλά οι μνήμες να χαθούν.