stringtranslate.com

Ксантиноксидаза

Ксантиноксидаза ( XO , иногда « XAO » ) представляет собой форму ксантиноксидоредуктазы, типа фермента , который генерирует активные формы кислорода . [ 2] Эти ферменты катализируют окисление гипоксантина в ксантин и могут дополнительно катализировать окисление ксантина в мочевую кислоту . Эти ферменты играют важную роль в катаболизме пуринов у некоторых видов, включая человека. [3]

Ксантиноксидаза определяется как ферментативная активность (EC 1.17.3.2). [4] Тот же белок, который у людей имеет одобренный HGNC генный символ XDH , также может обладать ксантиндегидрогеназной активностью (EC 1.17.1.4). [5] Большая часть белка в печени существует в форме с активностью ксантиндегидрогеназы, но она может быть преобразована в ксантиноксидазу путем обратимого сульфгидрильного окисления или необратимой протеолитической модификации. [6] [7]

Реакция

Следующие химические реакции катализируются ксантиноксидазой:

Другие реакции

Поскольку XO представляет собой фермент, продуцирующий супероксид, с общей низкой специфичностью, [9] его можно комбинировать с другими соединениями и ферментами и создавать реакционноспособные окислители, а также окислять другие субстраты.

Первоначально считалось, что бычья ксантиноксидаза (из молока) имеет сайт связывания для восстановления цитохрома с, но было обнаружено, что механизм восстановления этого белка осуществляется через побочный продукт супероксид-аниона XO с конкурентным ингибированием карбоангидразой . [10]

Другой реакцией, катализируемой ксантиноксидазой, является разложение S -нитрозотиолов (RSNO), класса активных форм азота, до оксида азота (NO), который реагирует с супероксид-анионом с образованием пероксинитрита в аэробных условиях. [11]

Также было обнаружено, что XO образует сильный одноэлектронный оксидантный анион-радикал карбоната в результате окисления ацетальдегидом в присутствии каталазы и бикарбоната. Было высказано предположение, что карбонатный радикал, вероятно, образуется в одном из окислительно-восстановительных центров фермента с промежуточным соединением пероксимонокарбоната. [9]

Вот диаграмма, показывающая пути, катализируемые ксантиноксидазой.

Схема, иллюстрирующая многие пути, катализируемые ксантиноксидазой.

Предполагается, что ксантиноксидоредуктаза наряду с другими ферментами участвует в превращении нитрата в нитрит в тканях млекопитающих. [12]

Структура белка

Белок большой, имеет молекулярную массу 270 кДа и содержит две молекулы флавина (связанные как ФАД), 2 атома молибдена и 8 атомов железа , связанных на ферментативную единицу. Атомы молибдена содержатся в качестве кофакторов молибдоптерина и являются активными центрами фермента. Атомы железа входят в состав железо-серных кластеров ферредоксина [2Fe-2S] и участвуют в реакциях переноса электрона.

Каталитический механизм

Активный центр XO состоит из молибдоптериновой единицы, атом молибдена также координируется концевым кислородом ( оксо ), атомами серы и концевым гидроксидом . В реакции с ксантином с образованием мочевой кислоты атом кислорода переносится от молибдена к ксантину, при этом предполагается участие нескольких промежуточных продуктов. [3] Реформация активного центра молибдена происходит при добавлении воды. Как и у других известных молибденсодержащих оксидоредуктаз, атом кислорода, введенный в субстрат ХО, происходит из воды, а не из дикислорода (О 2 ).

Клиническое значение

Ксантиноксидаза представляет собой фермент, продуцирующий супероксид , который обычно содержится в сыворотке крови и легких, и его активность увеличивается во время инфекции гриппа А. [13]

При тяжелом повреждении печени в кровь выбрасывается ксантиноксидаза, поэтому анализ крови на ХО — это способ определить, произошло ли повреждение печени . [14]

Поскольку ксантиноксидаза является метаболическим путем образования мочевой кислоты , ингибитор ксантиноксидазы аллопуринол используется при лечении подагры . Поскольку ксантиноксидаза участвует в метаболизме 6-меркаптопурина , следует соблюдать осторожность при совместном применении аллопуринола и 6-меркаптопурина или его пролекарства азатиоприна .

Ксантинурия — редкое генетическое заболевание , при котором недостаток ксантиноксидазы приводит к высокой концентрации ксантина в крови и может вызвать проблемы со здоровьем, такие как почечная недостаточность . Специфического лечения не существует, врачи советуют пострадавшим людям избегать продуктов с высоким содержанием пуринов и поддерживать высокий уровень потребления жидкости. Ксантинурия I типа напрямую связана с мутациями гена XDH , который опосредует активность ксантиноксидазы. Ксантинурия II типа может быть результатом нарушения механизма, который вводит серу в активные центры ксантиноксидазы и альдегидоксидазы , родственного фермента с некоторыми перекрывающимися действиями (например, превращение аллопуринола в оксипуринол ). [15]

Ингибирование ксантиноксидазы было предложено как механизм улучшения сердечно-сосудистого здоровья. [16] Исследование показало, что у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких ( ХОБЛ ) наблюдалось снижение окислительного стресса, включая окисление глутатиона и перекисное окисление липидов, когда ксантиноксидаза ингибировалась с помощью аллопуринола. [17] Окислительный стресс может быть вызван свободными гидроксильными радикалами и перекисью водорода, которые являются побочными продуктами активности XO. [18]

Повышенная концентрация мочевой кислоты в сыворотке исследовалась как индикатор сердечно-сосудистых факторов здоровья и использовалась для точного прогнозирования смертности, трансплантации сердца и многого другого у пациентов. [16] Но неясно, может ли это быть прямой или случайной ассоциацией или связью между концентрацией мочевой кислоты в сыворотке (и, косвенно, активностью ксантиноксидазы) и сердечно-сосудистым здоровьем. [19] Состояния с высоким клеточным обменом и употребление алкоголя являются одними из наиболее ярких случаев высоких концентраций мочевой кислоты в сыворотке. [18]

Было обнаружено, что активные формы азота, такие как пероксинитрит, которые может образовывать ксантиноксидаза, реагируют с ДНК, белками и клетками, вызывая повреждение клеток или даже токсичность. Было обнаружено, что передача сигналов реактивного азота в сочетании с активными формами кислорода является центральной частью функции миокарда и сосудов, что объясняет, почему ксантиноксидаза исследуется на предмет ее влияния на здоровье сердечно-сосудистой системы. [20]

И ксантиноксидаза, и ксантиноксидоредуктаза также присутствуют в эпителии и эндотелии роговицы и могут участвовать в окислительном повреждении глаз. [21]

Ингибиторы

Ингибиторы ХО включают аллопуринол , [22] оксипуринол , [23] и фитиновую кислоту . [24] Также было обнаружено, что его ингибируют флавоноиды , [25] в том числе те, которые обнаружены в листьях бугенвиллии spectabilis ( Nyctaginaceae ) (с IC 50 7,23 мкМ), обычно используемых в народной медицине . [26]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ PDB : 1FIQ ; Энрот С., Эгер Б.Т., Окамото К., Нишино Т., Нишино Т., Пай Э.Ф. (сентябрь 2000 г.). «Кристаллические структуры ксантиндегидрогеназы и ксантиноксидазы коровьего молока: структурный механизм преобразования». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (20): 10723–8. Бибкод : 2000PNAS...9710723E. дои : 10.1073/pnas.97.20.10723 . ПМК  27090 . ПМИД  11005854.
  2. ^ Ардан Т, Ковачева Дж, Чейкова Дж (февраль 2004 г.). «Сравнительное гистохимическое и иммуногистохимическое исследование ксантиноксидоредуктазы/ксантиноксидазы в эпителии роговицы млекопитающих». Акта гистохимика . 106 (1): 69–75. doi : 10.1016/j.actis.2003.08.001. ПМИД  15032331.
  3. ^ аб Хилле Р., Холл Дж., Басу П. (апрель 2014 г.). «Моноядерные молибденовые ферменты». Химические обзоры . 114 (7): 3963–4038. дои : 10.1021/cr400443z. ПМК 4080432 . ПМИД  24467397. 
  4. ^ «Запись KEGG для EC 1.17.3.2» . Геном.jp . Проверено 23 декабря 2017 г.
  5. ^ ab «Запись KEGG для EC 1.17.1.4» . Геном.jp . Проверено 23 декабря 2017 г.
  6. ^ «Ген Энтрез: ксантиндегидрогеназа XDH» . Проверено 23 декабря 2017 г.
  7. ^ Интернет-менделевское наследование у человека (OMIM): ксантиндегидрогеназа; ХДХ - 607633
  8. ^ Биркетт DJ, Майнерс JO, Валенте Л, Лиллиуайт KJ, Day RO (февраль 1997 г.). «1-Метилксантин, полученный из кофеина, как фармакодинамический зонд эффекта оксипуринола». Британский журнал клинической фармакологии . 43 (2): 197–200. дои : 10.1046/j.1365-2125.1997.53711.x. ПМК 2042732 . ПМИД  9131954. 
  9. ^ аб Бонини М.Г., Миямото С., Ди Маскио П., Аугусто О (декабрь 2004 г.). «Производство аниона-радикала карбоната при обороте ксантиноксидазы в присутствии бикарбоната». Журнал биологической химии . 279 (50): 51836–43. дои : 10.1074/jbc.M406929200 . PMID  15448145. S2CID  20161424.
  10. ^ МакКорд Дж. М., Фридович I (ноябрь 1968 г.). «Восстановление цитохрома с ксантиноксидазой молока». Журнал биологической химии . 243 (21): 5753–60. дои : 10.1016/S0021-9258(18)91929-0 . ПМИД  4972775.
  11. ^ Трухильо М., Альварес М.Н., Пелуффо Г., Фриман Б.А., Ради Р. (апрель 1998 г.). «Разложение S-нитрозотиолов, опосредованное ксантиноксидазой». Журнал биологической химии . 273 (14): 7828–34. дои : 10.1074/jbc.273.14.7828 . PMID  9525875. S2CID  10221482.
  12. ^ Янссон Э.А., Хуанг Л., Малки Р., Говони М., Нилен С., Олссон А., Стенсдоттер М., Петерссон Дж., Холм Л., Вайцберг Э., Лундберг Дж.О. (2008). «Функциональная нитратредуктаза млекопитающих, которая регулирует гомеостаз нитритов и оксидов азота». Химическая биология природы . 4 (7): 411–7. дои : 10.1038/nchembio.92. ПМИД  18516050.
  13. ^ Хемила Х (январь 1992 г.). «Витамин С и простуда» (PDF) . Британский журнал питания . 67 (1): 3–16. дои : 10.1079/BJN19920004. PMID  1547201. S2CID  8285621. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2016 года . Проверено 28 октября 2011 г.
  14. ^ Баттелли М.Г., Мусиани С., Валджимигли М., Грамантьери Л., Томассони Ф., Болонди Л., Стирпе Ф. (апрель 2001 г.). «Сывороточная ксантиноксидаза при заболеваниях печени человека». Американский журнал гастроэнтерологии . 96 (4): 1194–9. дои : 10.1111/j.1572-0241.2001.03700.x. PMID  11316169. S2CID  36068630.
  15. ^ Интернет-менделевское наследование у человека (OMIM): Ксантинурия, тип II; КСАН2 - 603592
  16. ^ аб Доусон Дж., Уолтерс М. (декабрь 2006 г.). «Мочевая кислота и ксантиноксидаза: будущие терапевтические цели в профилактике сердечно-сосудистых заболеваний?». Британский журнал клинической фармакологии . 62 (6): 633–44. дои : 10.1111/j.1365-2125.2006.02785.x. ПМК 1885190 . ПМИД  21894646. 
  17. ^ Хеункс Л.М., Винья Дж., ван Херваарден С.Л., Фольгеринг Х.Т., Гимено А., Декуйзен П.Н. (декабрь 1999 г.). «Ксантиноксидаза участвует в окислительном стрессе, вызванном физической нагрузкой, при хронической обструктивной болезни легких». Американский журнал физиологии . 277 (6, часть 2): R1697–704. дои :10.1152/ajpregu.1999.277.6.R1697. PMID  10600916. S2CID  4518363.
  18. ^ аб Хиггинс П., Доусон Дж., Уолтерс М. (2009). «Потенциал ингибирования ксантиноксидазы в профилактике и лечении сердечно-сосудистых и цереброваскулярных заболеваний». Сердечно-сосудистая психиатрия и неврология . 2009 : 1–9. дои : 10.1155/2009/282059 . ПМК 2790135 . ПМИД  20029618. 
  19. ^ Доусон Дж., Куинн Т., Уолтерс М. (2007). «Снижение мочевой кислоты: новая парадигма в управлении сердечно-сосудистым риском?». Современная медицинская химия . 14 (17): 1879–86. дои : 10.2174/092986707781058797. ПМИД  17627523.
  20. ^ Зиммет Дж. М., Харе Дж. М. (октябрь 2006 г.). «Нитрозо-окислительно-восстановительные взаимодействия в сердечно-сосудистой системе». Тираж . 114 (14): 1531–44. doi : 10.1161/CIRCULATIONAHA.105.605519 . PMID  17015805. S2CID  1572496.
  21. ^ Чейкова Дж, Ардан Т, Филипец М, Мидельфарт А (2002). «Ксантиноксидоредуктаза и ксантиноксидаза в роговице человека». Гистология и гистопатология . 17 (3): 755–60. дои : 10.14670/HH-17.755. ПМИД  12168784.
  22. ^ Пачер П., Ниворожкин А., Сабо С. (март 2006 г.). «Терапевтические эффекты ингибиторов ксантиноксидазы: возрождение спустя полвека после открытия аллопуринола». Фармакологические обзоры . 58 (1): 87–114. дои :10.1124/пр.58.1.6. ПМК 2233605 . ПМИД  16507884. 
  23. ^ Спектор Т (январь 1988 г.). «Оксипуринол как ингибитор катализируемого ксантиноксидазой образования супероксидного радикала». Биохимическая фармакология . 37 (2): 349–52. дои : 10.1016/0006-2952(88)90739-3. ПМИД  2829916.
  24. ^ Мураока С., Миура Т. (февраль 2004 г.). «Ингибирование ксантиноксидазы фитиновой кислотой и ее антиоксидантное действие». Естественные науки . 74 (13): 1691–700. дои : 10.1016/j.lfs.2003.09.040. ПМИД  14738912.
  25. ^ Кос П., Инь Л., Каломм М., Ху Дж.П., Чиманга К., Ван Поэль Б., Питерс Л., Влитинк А.Дж., Ванден Берге Д. (январь 1998 г.). «Взаимосвязь структура-активность и классификация флавоноидов как ингибиторов ксантиноксидазы и поглотителей супероксида». Журнал натуральных продуктов . 61 (1): 71–6. дои : 10.1021/np970237h. ПМИД  9461655.
  26. ^ Чанг В.С., Ли Ю.Дж., Лу Ф.Дж., Чан ХК (ноябрь – декабрь 1993 г.). «Ингибирующее действие флавоноидов на ксантиноксидазу». Противораковые исследования . 13 (6А): 2165–70. ПМИД  8297130.

Внешние ссылки