Biochemistry of Peroxynitrite and Protein Tyrosine Nitration

Abstract

Peroxynitrite is a short-lived and reactive biological oxidant formed from the diffusion-controlled reaction of the free radicals superoxide (O) and nitric oxide (NO). In this review, we first analyze the biochemical evidence for the formation of peroxynitrite in vivo and the reactions that lead to it. Then, we describe the principal reactions that peroxynitrite undergoes with biological targets and provide kinetic and mechanistic details. In these reactions, peroxynitrite has roles as (1) peroxide, (2) Lewis base, and (3) free radical generator. Physiological levels of CO can change the outcome of peroxynitrite reactions. The second part of the review assesses the formation of protein 3-nitrotyrosine (NOTyr) by peroxynitrite-dependent and -independent mechanisms, as one of the hallmarks of the actions of NO-derived oxidants in biological systems. Moreover, tyrosine nitration impacts protein structure and function, tyrosine kinase signal transduction cascades and protein turnover. Overall, the review is aimed to provide an integrated biochemical view on the formation and reactions of peroxynitrite under biologically relevant conditions and the impact of this stealthy oxidant and one of its major footprints, protein NOTyr, in the disruption of cellular homeostasis.

The Chemistry of Protein Oxidation in Food

“…Reactive nitrogen species (RNS) are another important class of reactive intermediates in food. The main RNS is peroxynitrite (ONOO − ), which is formed from the reaction of the superoxide radical anion with nitric oxide . Both precursors can be formed in skeletal muscle tissues post‐mortem owing to residual activities of enzymes such as xanthine oxidase and nitric oxide synthase .…”

Solid‐Phase Synthesis of Substrate‐Based Dipeptides and Heterocyclic Pseudo‐dipeptides as Potential NO Synthase Inhibitors

“…Overproduction of NO is observed in several pathophysiological states and mainly concerns nNOS and iNOS . Neuronal NOS is involved in stroke and neurodegenerative diseases, while iNOS has been identified as the cause of or an aggravating factor in several human diseases involving an inflammatory state, including septic shock, chronic inflammatory diseases, insulin resistance, cancers, migraine .…”

Dopamin, oxidativer Stress und Protein‐Chinonmodifikationen bei Parkinson und anderen neurodegenerativen Erkrankungen

“…[69] Überschüssiges cytosolisches DA,d as nicht über katabole enzymatische Stoffwechselwege abgebaut (Schema 1) oder in synaptischen Vesikeln gesammelt wird, kann durch Superoxid/DASQ und DAQ Reaktionsketten mit neurotoxischen Effekten initiieren. [30,94,95] Redoxzyklen von Metallionen und oxidative Katalyse kçnnen durch die gleichzeitige Gegenwart von DA oder seinen Metaboliten und H 2 O 2 induziert werden;s ie entstehen bei der DA-Oxidation durch MAOu nd durch Superoxid-Dismutation bei Vorhandensein endogener Reduktionsmittel wie Ascorbat. Zwei wichtige Faktoren tragen zur Verschärfung der DA-Toxizitätb ei:U ngleichgewicht der redoxaktiven Metallionen [93] und NO.…”

“…Ursache ist der Verlust von Neuromelanin (NM), der dunklen Substanz, die in dopaminergen Neuronen infolge von oxidativen Vorgängen durch DA unter physiologischer Kontrolle akkumuliert wird. Solche Modifikationen kommen allerdings allgemein vor,u nd obwohl sie nicht in dem Maße voranschreiten, wie man es in NMs sieht, verursachen sie oft schwerere Proteinveränderungen als jene,die auf die üblichen ortsspezifischen Modifikationen, beispielsweise durch Phosphorylierung, [28] Acetylierung [29] oder Nitrierung [30] von Proteinresten, zurückgehen. [27] Wichtig ist, dass die NM-Bildung zumindest in den Anfangsstadien eine posttranslationale Proteinmodifikation darstellt, die durch von CA abgeleitete Chinone als Schutzmechanismus gegen chinonvermittelte Toxizität(als Folge von oxidativem Stress) induziert wird.…”