Nitrit-Ionen als Mutagene

Die Salze der salpetrigen Säure werden als Nitrite bezeichnet. Bis auf Silbernitrit sind sie leicht wasserlöslich. In geringen Konzentrationen kann das Anion Nitrit nach verschiedenen Umwandlungen im Stoffwechsel Genmutationen auslösen. In größeren Mengen wirkt es giftig. Es verursacht die Oxidation des zweiwertigen Eisens im Hämoglobin, dem roten Blutfarbstoff, zu dreiwertigem Eisen. Methämoglobin entsteht. Das dreiwertige Eisen kann Sauerstoff nicht mehr reversibel binden. Der Sauerstofftransport des Bluts wird dadurch in Abhängigkeit der Giftmenge erschwert. Bei einem Anteil von mehr als 70 % Methämoglobin im Blut tritt der Tod ein.

Vorkommen von Nitrit-Ionen

Geringen Mengen von Nitrit-Ionen ${\text{(NO}}_{\text{2}}{}^{\text{-}}\text{)}$ sind alle Lebewesen ständig ausgesetzt, da sie ein wichtiges Zwischenprodukt des Stickstoffkreislaufs in der Natur sind. Bei der Nitrifikation, der Denitrifikation und der Nitratatmung (Nitrat ist Sauerstoffquelle für die Atmungskette, molekularer Stickstoff entsteht) treten sie auf. Das Nitrit-Ion entsteht durch die Oxidation von organischen Abfällen über Ammonium-Ionen bzw. durch Reduktion von Nitrat. Die meisten Umwandlungen dieser Stickstoffverbindungen finden im Stoffwechsel von Bakterien statt. Die Stickstoff umwandelnden Bakterien (Nitrosomonas und Nitrobacter) kommen in fast allen Lebensräumen wie im Boden, in Gewässern oder im Verdauungstrakt von Tieren vor.

Mutagene Wirkung von Nitrit-Ionen

Nitrit-Ionen wirken nicht direkt als Mutagen. Sie reagieren mit primären Aminen zu Diazoniumverbindungen, die unter Freisetzung von molekularem Stickstoff leicht zerfallen und so letztlich zur Desaminierung führen. Die Reaktionsfolge führt z. B. bei RNA zur Umwandlung von Cytosin zu Uranin und ist daher, zusammen mit anderen Desaminierungsreaktionen und durch analoge Reaktionen an der DNA, Ursache für die mutagene Wirkung (Mutagene) von Nitriten bzw. von salpetriger Säure.
Erst nach komplizierten, nur z. T. aufgeklärten Umwandlungen im Verdauungstrakt und im zellulären Stoffwechsel entsteht also das eigentliche, das ultimative Mutagen.

Vermutliche Entstehung der mutagenen Wirkung von Nitrit-Ionen

An der Mutagenbildung sind neben Nitrit noch sekundäre Amine, auch Abbauprodukte stickstoffhaltiger organischer Verbindungen, beteiligt.
Nitrit- und Nitrat-Ionen ${\text{(NO}}_{\text{3}}{}^{\text{-}}\text{)}$ sowie Amine werden durch die Nahrung aufgenommen. Gepökelte Fleisch- und Wurstwaren sind reich an Nitrit (Pökelsalz enthält neben Natriumchlorid etwa 0,5 % Natriumnitrit). Viel Nitrat enthalten vor allem Blattgemüse. In der Mundhöhle werden durch Bakterien die Nitrat-Ionen zu Nitrit-Ionen reduziert. Käse, Wein oder Arzneimittel enthalten beispielsweise höhere Mengen an Aminen. Im sauren Milieu des Magens können sich die sekundären Amine mit den Nitrit-Ionen zu Nitrosaminen verbinden. Wenn diese Verbindungen in den Zellkern gelangen, können sie durch Abspaltung von ${\text{CH}}_{\text{3}}{}^{\text{+}}$, ein Carbenium-Ion, Stickstoffbasen der DNA methylieren (alkylieren). Die komplementäre Basenpaarung ist durch die modifizierten Stickstoffbasen gestört. Ohne Fehlererkennung und DNA-Reparatur manifestiert sich die Veränderung als Mutation nach der nächsten Replikation.

Nitrit-Ionen wirken aber nicht nur mutagen, sondern können nach vergleichbaren Mechanismen auch Krebserkrankungen (kanzerogen) oder embryonale Missbildungen (teratogen) hervorrufen.