Endotelialna syntaza tlenku azotu (eNOS) jest jednym z trzech enzymów zdolnych do produkcji tlenku azotu (NO). Cząsteczka ta pełni kluczowe funkcje w układzie sercowo-naczyniowym. Gen eNOS składa się z 26 egzonów i zajmuje fragment chromosomu 7 o wielkości 22 kpz. Promotor genu nie zawiera podstawowej sekwencji rozpoznawanej przez kompleks preinicjacyjny polimerazy RNA II, tzw.TATA box. Analiza regionu 5’ ujawniła obecność licznych potencjalnych miejsc wiązania szeregu dodatkowych czynników transkrypcyjnych, co sugeruje możliwość złożonej i dynamicznej regulacji ekspresji. Gen endotelialnej syntazy tlenku azotu charakteryzuje znaczny polimorfizm zarówno w rejonie promotora, jak i w intronach oraz w obrębie sekwencji kodujących. W celu wykazania statystycznie istotnej zależności pomiędzy konkretnymi wariantami allelicznymi a poszczególnymi zaburzeniami układu krążenia przeprowadzono liczne analizy populacyjne. Aktywną formą enzymu jest homodimer. W obrębie poszczególnych monomerów wyróżnia się następujące domeny: C-końcową domenę reduktazy wykazującą znaczną homologię sekwencji aminokwasów z reduktazą cytochromu P-450, małą domenę odpowiedzialną za wiązanie kalmoduliny, domenę oksygenazy oraz N-końcowy fragment będący miejscem mirystylacji i palmitylacji. Enzym zawiera stosunkowo silnie związane kofaktory: FAD, FMN, tetrahydrobiopterynę (BH4) oraz ugrupowanie hemowe. FAD i FMN umożliwiają przepływ elektronów między NADPH a hemem, natomiast rola BH4 nie została ostatecznie sprecyzowana. Aktywność eNOS jest bezwzględnie zależna od obecności kompleksu Ca2+/kalmodulina, który wiążąc się z enzymem znosi inhibicyjne działanie insertu zlokalizowanego w obszarze wiążącym FMN. Postuluje się, że bezpośrednim produktem dwuetapowej reakcji utleniania argininy jest tlenek azotu oraz cytrulina. Źródłem elektronów jest NADPH. Szczegółowy mechanizm reakcji jest nieznany. Pomimo zaawansowanych badań, niektóre z istotnych strukturalnych i funkcjonalnych cech eNOS wciąż pozostają zagadką.