XAO

XAO

Xanthinoxidase ist ein Enzym mit niedriger Spezifität, das nicht nur die Bildung von Xanthin aus Hypoxanthin zu Harnsäure katalysieren kann, sondern auch direkt die Bildung von Harnsäure aus Xanthin katalysiert. Sulfid und Flavinase von FAD sind in Milch, Tieren (insbesondere in der Leber und den Nieren von Vögeln), Insekten und Bakterien zu finden. Xanthinoxidase hat ein Molekulargewicht von Zehntausenden bis Zehntausenden und eine breite Substratspezifität. Neben Purinderivaten als Elektronendonoren können auch Pteridinderivate und Aldehyde (die Carbonsäuren erzeugen) Elektronendonoren sein. Hydroxylverbindungen werden gebildet, und die Sauerstoffatome stammen aus Wasser. Es gibt viele Elektronenakzeptoren für Xanthinoxidase, einschließlich molekularem Sauerstoff, Nitrat, Benzochinon, Nitroverbindungen, NAD, Ferredoxin usw., aber es variiert je nach Quelle des Enzyms. Peroxid wird während der Reaktion erzeugt, was eine Kettenreaktion verursacht.

Abbildung 1. Proteinstruktur von XAO.

Struktur

Das Molekulargewicht der Xanthinoxidase ist relativ groß, etwa 270.000, und enthält zwei Moleküle FAD, zwei Molybdänatome und acht Eisenatome. Das Molybdän im Enzym liegt in Form des Molybdopterin-Kofaktors vor und ist die aktive Stelle des Enzyms. Eisenatome sind Teil der [2Fe-2S] Ferredoxin-Eisen-Schwefel-Cluster und nehmen an Elektronentransferreaktionen teil. Xanthinoxidase ist eine Flavin-Protease, die in verschiedenen Organismen vorkommt und die Bildung von Harnsäure aus Purinsubstraten im Körper katalysieren kann. Die Kristallstruktur der Xanthinoxidase wurde aufgeklärt. Sie besteht aus 1.330 Aminosäuren, und ihre Aminosäuresequenz hat eine Homologie von 90 % zwischen Mäusen und Menschen. Sie besteht aus zwei vollständig symmetrischen Struktureinheiten, jede Struktureinheit hat 145 ku, und ihr katalytisches Zentrum umfasst ein Molybdopterin-Zentrum, zwei Eisen-Schwefel-Zentren und ein Flavin-Adenin-Dinukleotid, wobei das Molybdopterin-Zentrum eine Schlüsselstelle für die Katalyse von Xanthin zu Harnsäure durch Xanthinoxidase ist.

Katalytischer Mechanismus

Das Molybdänatom des Molybdopterin-Kofaktors in der aktiven Stelle der Xanthinoxidase ist zusätzlich mit einem terminalen Sauerstoff, mehreren Schwefelatomen und einer terminalen Hydroxylgruppe verbunden. Bei der Reaktion von Xanthin zu Harnsäure wird der Sauerstoff am Molybdän zuerst auf das Xanthin-Molekül übertragen. Dann wird das Wassermolekül zum aktiven Zwischenprodukt hinzugefügt, um das aktive Molybdänzentrum wiederherzustellen. Ähnlich wie bei anderen bekannten Molybdän-haltigen Redoxenzymen stammen die neu eingeführten Sauerstoffatome im Produkt aus dem Sauerstoff in Wassermolekülen, nicht aus Sauerstoffmolekülen.

Anwendung

1. Teilnahme am Katabolismus von Nukleinsäuren im Körper

Die menschliche Harnsäure wird hauptsächlich durch Nukleinsäuren und andere Purinverbindungen, die von Zellen und Purinen in Lebensmitteln metabolisiert werden, durch die Wirkung von Enzymen abgebaut. Harnsäure ist das Endprodukt des Katabolismus von Adenin und Guanin, den Bestandteilen von Nukleinsäuren, im menschlichen Körper. Hypoxanthin und Xanthin sind direkte Vorläufer von Harnsäure. Unter der Wirkung von Xanthinoxidase wird Hypoxanthin zu Xanthin oxidiert, und Xanthin wird zu Harnsäure oxidiert.

2. Förderung der Absorption und des Transports von Eisen

In den Zellen der Dünndarmmukosa oxidiert Xanthinoxidase die aus der Nahrung aufgenommenen zweiwertigen Eisenionen zu dreiwertigen Eisenionen, die von Plasma-Transferrin aufgenommen und zu verschiedenen Geweben wie Blut transportiert werden.

3. Test der Aktivität von SOD (Superoxiddismutase)

In Anwesenheit von Sauerstoff kann Xanthinoxidase die Oxidation von Xanthin katalysieren, um Harnsäure und Sauerstoffradikale zu erzeugen. Das erzeugte Superoxid-Anion-Radikal, das Nitrit, das durch die Oxidation von Hydroxylamin entsteht, zeigt unter der Wirkung des Entwicklers eine purpurrote Farbe, und seine Absorption wird mit einem sichtbaren Licht-Spektrophotometer gemessen. Wenn die getestete Probe SOD enthält, hat sie eine spezifische hemmende Wirkung auf Superoxid-Anion-Radikale, was die Bildung von Nitrit verringert und die Absorption des Messrohrs niedrig ist, wodurch die SOD-Aktivität in der getesteten Probe berechnet wird.

Inhibitor

Die Struktur der Xanthinoxidase ist sehr komplex, sodass viele Substanzen ihre Aktivität hemmen können. Substanzen wie Purine, Pyrimidine und andere Heterocyclen können mit dem Substrat konkurrieren, um an die aktive Stelle des Enzyms zu binden, die als kompetitive Inhibitoren bezeichnet werden; Verbindungen wie Arsenit, Cyanid und Methanol können mit Molybdänatomen interagieren, wodurch das Enzym inaktiviert wird. Weitere Inhibitoren sind Phosphat, Imidazol, Natrium, Kaliumchlorid, Benzoat, Borat, Kupfer, Ascorbinsäure und Dinitrophenol. Unter ihnen ist die Hemmung von Xanthinoxidase durch Ascorbinsäure eine indirekte Wirkung. Milch enthält zweiwertige Kupferionen, und Ascorbinsäure kann Cu²⁺ zu Cu⁺ reduzieren, was ein starker Inhibitor des Enzyms ist.

Referenz