Ксантиноксидаза это что такое
Ксантиноксидаза
Ксантиноксидаза считается аномальным вариантом ксантиндегидрогеназы, который образуется в результате окисления или частичного протеолиза нормального фермента. При этом меняется его субстратная специфичность с НАДФ на кислород.
Содержание
Строение белка
Это высокомолекулярный димерный белок, молекулярная масса 270 кДа. Ксантиноксидаза содержит целый «зоопарк» кофакторов. Каждый мономер включает в себя 2 флавина в виде ФАД, 2 атома молибдена (Mo) в виде молибдено-птерина и 8 атомов железа в составе железо-серных кластеров [2Fe-2S].
Продукты реакции
Ксантиноксидаза катаболизирует пурины до мочевой кислоты и в сопряжённой реакции восстанавливает кислород до супероксида (спонтанно дисмутирующий в пероксид водорода). Таким образом, в процессе реакции образуются реактивные формы кислорода, способные вызвать оксидативный стресс. Например, при длительной ишемии ткани в них накапливаются продукты распада пуринов. В дальнейшем при реперфузии уровень кислорода восстанавливается и ксантиноксидаза продуцирует повышенное количество токсичных супероксида и пероксида водорода.
Ксантиноксидаза в патологии
Нарушение пуринового обмена, приводящее к избыточному образованию мочевой кислоты, вызывает подагру. Лечение как правило заключается в ингибировании ксантиноксидазы (и ксантиндегидрогеназы), чтобы снизить образование мочевой кислоты. Для этого применяют аллопуринол, неокисляемый аналог гипоксантина (оксипуринол является другим ингибитором фермента).
Ксантинурия (появление ксантина в моче), вызванное недостаточностью ксантиноксидазы, — редкое наследственное заболевание. Может приводить к почечной недостаточности.
Кроме этого активность ксантиноксидазы в крови используется как показатель распада клеток печени, так как этот фермент является внутриклеточным и никогда не появляется в крови в нормальных условиях.
Ингибиторы
Ингибиторами ксантиноксидазы являются аналоги пурина аллопуринол и оксипуринол и фитиновая кислота.
| Поиск | |
|---|---|
| ЧВК | статьи |
| PubMed | статьи |
| NCBI | белки |
| ксантиноксидаза / дегидрогеназа | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||
| Условное обозначение | XDH | ||||||
| Ген NCBI | 7498 | ||||||
| HGNC | 12805 | ||||||
| OMIM | 607633 | ||||||
| PDB | 1FIQ | ||||||
| RefSeq | NM_000379 | ||||||
| UniProt | P47989 | ||||||
| Прочие данные | |||||||
| Номер ЕС | 1.17.3.2 | ||||||
| Locus | Chr. 2 п. 23.1 | ||||||
| |||||||
СОДЕРЖАНИЕ
Реакция
Ксантиноксидаза катализирует следующие химические реакции:
гипоксантин (один атом кислорода)
ксантин (два атома кислорода)
Другие реакции
Поскольку XO представляет собой фермент, продуцирующий супероксид, с общей низкой специфичностью, он может сочетаться с другими соединениями и ферментами и создавать реактивные окислители, а также окислять другие субстраты.
Другой реакцией, катализируемой ксантиноксидазой, является разложение S-нитрозотиолов (RSNO), активных форм азота, до оксида азота (NO), который реагирует с супероксид-анионом с образованием пероксинитрита в аэробных условиях.
Также было обнаружено, что XO продуцирует сильный одноэлектронный окислитель карбонат-радикальный анион в результате окисления ацетальдегидом в присутствии каталазы и бикарбоната. Было высказано предположение, что карбонатный радикал, вероятно, образовался в одном из окислительно-восстановительных центров фермента с промежуточным пероксимонокарбонатом.
Вот диаграмма, показывающая пути, катализируемые ксантиноксидазой.
Предполагается, что ксантин оксидоредуктаза, наряду с другими ферментами, участвует в превращении нитрата в нитрит в тканях млекопитающих.
Белковая структура
Белок большой, с молекулярной массой 270 кДа и имеет 2 молекулы флавина (связанные как FAD), 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 являются частью железо-серных кластеров [2Fe-2S] ферредоксина и участвуют в реакциях переноса электрона.
Каталитический механизм
Клиническое значение
Ингибирование ксантиноксидазы было предложено как механизм улучшения здоровья сердечно-сосудистой системы. Исследование показало, что у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких ( ХОБЛ ) наблюдалось снижение окислительного стресса, включая окисление глутатиона и перекисное окисление липидов, когда ксантиноксидаза подавлялась с помощью аллопуринола. Окислительный стресс может быть вызван гидроксильными свободными радикалами и перекисью водорода, которые являются побочными продуктами активности XO.
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. Но неясно, может ли это быть прямой или случайной ассоциацией или связью между концентрацией мочевой кислоты в сыворотке (и, косвенно, активностью ксантиноксидазы) и здоровьем сердечно-сосудистой системы. Состояния высокого клеточного обмена и употребление алкоголя являются одними из наиболее ярких случаев высоких концентраций мочевой кислоты в сыворотке.
Было обнаружено, что активные формы азота, такие как пероксинитрит, который может образовывать ксантиноксидаза, вступают в реакцию 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 связи со здоровьем сердечно-сосудистой системы.
Оба ксантиноксидазы и ксантин оксидоредуктаза также присутствуют в роговичном эпителии и эндотелии и могут быть вовлечены в окислительном повреждении глаз.
Ингибиторы
Ксантиноксидаза это что такое
Системная склеродермия (ССД) является гетерогенным аутоиммунным заболеванием соединительной ткани, характеризующимся гуморальной и клеточной иммунной дисрегуляцией, приводящей к васкулопатии и прогрессирующему фиброзу кожи и внутренних органов. Несмотря на то, что ССД является относительно редким заболеванием (заболеваемость составляет 3–20 случаев на 1 млн населения в год, распространенность 30–300 случаев на 1 млн), она имеет большое медико-социальное значение. Неуклонно прогрессирующее течение ССД ведет к развитию необратимых распространенных фиброзных изменений и нарушению функций органов, что приводит к длительному, пожизненному лечению заболевания, ранней инвалидизации больных, снижению качества жизни и определяет общий плохой прогноз болезни. Показатели летальности при ССД от поражения внутренних органов (легких, сердца, почек) остаются очень высокими [1, 2].
Варианты течения заболевания отражают темпы прогрессирования ССД. Острое, быстро прогрессирующее течение характеризуется развитием генерализованного фиброза кожи и внутренних органов в первые 1–2 года от начала заболевания, что приводит к органной недостаточности. При подостром, умеренно прогрессирующем течении клинически и лабораторно преобладают признаки иммунного воспаления, нередки перекрестные формы. Хроническое, медленно прогрессирующее течение отличается преобладанием сосудистой патологии, периферических ишемических расстройств, умеренных кожных проявлений и висцеральной патологии.
В настоящее время доказано, что в патогенезе ССД принимают участие несколько взаимосвязанных механизмов: иммуно-воспалительные процессы, васкулопатии и фиброз [3, 4]. В то же время патогенез аутоиммунных заболеваний, к которым относится ССД, включает различные изменения метаболических процессов на клеточном и субклеточном уровне, медиаторами которых являются ферменты. Относительно недавно рядом исследований доказана роль «окислительного стресса» в патогенезе ССД [5, 6]. Было обнаружено, что уровни циркулирующих биомаркеров (малоновый диальдегид, липопротеины низкой плотности, изопростаны, тиолы) активных форм кислорода (АФК), коррелируют с васкулопатией, фиброзом и продукцией аутоантител при ССД [7].
АФК регулируют физиологические процессы, поддерживающие окислительно-восстановительный гомеостаз [8]. В ответ на увеличение эндогенной продукции АФК организм может адаптироваться за счет увеличения его антиоксидантной способности. Дисбаланс между выработкой АФК и их инактивацией антиоксидантами приводит к перепроизводству АФК и «окислительному стрессу» [9]. Избыточное образование АФК вызывает повреждение эндотелиальных клеток и сосудистые осложнения. Эти данные свидетельствуют о потенциальной роли АФК и «окислительного стресса» в инициации и прогрессировании васкулопатии при ССД.
«Окислительный стресс», сопровождающийся гиперпродукцией АФК, стимулирует NETоз – образование нейтрофилами экстрацеллюлярных ловушек. В последнее время активно обсуждается роль этого процесса в патогенезе аутоиммунных заболеваний. Доказано участие NETоза в инициации и поддержании аутоиммунного воспаления при ревматоидном артрите (РА), системной красной волчанке (СКВ) [10]. Появились первые исследования, продемонстрировавшие активацию NEToза и у пациентов с ССД [11].
Основными источниками внутриклеточной продукции АФК служат ферменты: никотинамидадениндинуклеотидфосфат оксидаза (NADPH-оксидаза), ксантиноксидоредуктаза (КОР), образующие прооксидантную систему. Антиоксидантную систему составляют ферменты: супероксиддисмутаза (СОД), каталаза, глутатионредуктаза, глутатионпероксидаза.
Одним из прооксидантных ферментов является ксантиноксидоредуктаза. Она существует в двух взаимопревращающихся формах: ксантиноксидаза – NAD+-независимая О-форма (КО) и ксантиндегидрогеназа – NAD+-зависимая D-форма (КДГ). При воспалительных процессах, гипоксических состояниях, что свойственно также патогенезу ССД, КДГ трансформируется в КО. КО в процессе своего функционирования генерирует супероксидные радикалы, перекись водорода, гидроперекиси, хлорноватистую кислоту, которые, помимо собственного повреждающего действия на клеточные структуры, активируют НАДФ-оксидазу, являющуюся основным источником образования АФК, инициируют процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ).
СОД является мощным ингибитором свободнорадикального окисления в организме, защищающим биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты и др.) от окислительной деструкции. Синтез ее увеличивается при активации ПОЛ.
В связи с этими открытиями особый интерес представляет изучение активности энзимов, участвующих в процессах эндогенной продукции АФК, а также относящихся к системе антиоксидантной защиты организма.
Цель исследования: описание профиля активности ксантиноксидазы (КО), ксантиндегидрогеназы (КДГ) и супероксиддисмутазы (СОД) в плазме крови больных ССД в зависимости от клинических особенностей.
Материалы и методы исследования
Исследование выполнено в соответствии с этическими нормами Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (1964, 2004) на базе ревматологического отделения ГУЗ «ГКБСМП № 25» г. Волгограда. Работа одобрена этическим комитетом ФГБНУ «НИИ клинической и экспериментальной ревматологии имени А.Б. Зборовского». Исследование включало 51 больного CCД: 47 (92,2 %) женщин и 4 (7,8 %) мужчин; средний возраст – 41,6 ± 1,4 года; средняя продолжительность заболевания – 7,8 ± 0,8 лет. Диагноз устанавливался на основе критериев, рекомендованных ACR/EULAR 2013 [12]. Степень активности определялась по классификации, предложенной Н.Г. Гусевой [13]. I степень активности установлена у 19 (37 %), II – у 26 (51 %) и III – у 6 (12 %) больных. В связи с малочисленностью группы больных с 3 степенью активности (6 человек), при оценке внутри- и межгрупповых различий больные с 2 и 3 степенью были объединены в одну группу. Хроническое течение болезни диагностировано у 25 (49 %); подострое – у 22 (43,1 %); острое – у 4 (7,9 %) больных. В связи с малой численностью в данном исследовании лиц с острым течением заболевания, при проведении статистической обработки данных они были объединены в одну группу с больными, имеющими подострое течение ССД. В связи с малочисленностью группы с острым течением заболевания, при проведении статистической обработки данных, она была объединена с группой лиц с подострым течением. Контрольная группа состояла из 30 практически здоровых людей. Статистически значимые различия между основной и контрольной группами по демографическим признакам выявлены не были.
Исследование проводилось на фоне стандартной общепринятой терапии. Забор крови осуществлялся при поступлении пациентов на стационарное лечение.
Спектрофотометрическим методом в плазме крови определяли активность ксантиноксидазы (КО; Е.С. 1.17.3.2), ксантиндегидрогеназы (КДГ; Е.С. 1.17.1.4) и супероксиддисмутазы (СОД; Е.С. 1.15.1.1) по ранее опубликованным методикам и выражали в нмоль/мин/мл для КО и КДГ и в ЕД для СОД [14, 15].
Статистическая обработка данных проводилась с использованием программного пакета Statistica 6.0. Полученные данные представляли в виде медианы и двух квартилей (Ме, Q25, Q75). Внутри- и межгрупповые различия оценивали с помощью критерия Манна – Уитни. Для описания взаимосвязи признаков применяли коэффициент ранговой корреляции по Спирмену (r). Достоверными различия считались при р
| Поиск | |
|---|---|
| ЧВК | статьи |
| PubMed | статьи |
| NCBI | белки |
| ксантиноксидаза / дегидрогеназа | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||
| Символ | XDH | ||||||
| Ген NCBI | 7498 | ||||||
| HGNC | 12805 | ||||||
| OMIM | 607633 | ||||||
| PDB | 1FIQ | ||||||
| RefSeq | NM_000379 | ||||||
| UniProt | P47989 | ||||||
| Прочие данные | |||||||
| Номер ЕС | 1.17.3.2 | ||||||
| Locus | Chr. 2 p23.1 | ||||||
| |||||||
Ксантиноксидаза (XOиногда ‘ XAO ‘ ) представляет собой форму ксантин оксидоредуктазы, тип фермент что порождает активные формы кислорода. [2] Эти ферменты катализируют окисление из гипоксантин к ксантин и может дополнительно катализировать окисление ксантина до мочевая кислота. Эти ферменты играют важную роль в катаболизме пурины у некоторых видов, включая человека. [3]
Ксантиноксидаза определяется как ферментная активность (EC 1.17.3.2). [4] Тот же белок, который у человека имеет HGNC одобренный символ гена XDH, также может иметь ксантиндегидрогеназа активность (EC 1.17.1.4). [5] Большая часть белка в печени существует в форме с активностью ксантиндегидрогеназы, но он может быть преобразован в ксантиноксидазу путем обратимого сульфгидрильного окисления или необратимой протеолитической модификации. [6] [7]
Содержание
Реакция
Ксантиноксидаза катализирует следующие химические реакции:
гипоксантин (один атом кислорода)
Другие реакции
Поскольку ХО является ферментом, продуцирующим супероксид, с низкой специфичностью, [9] он может сочетаться с другими соединениями и ферментами и создавать реактивные окислители, а также окислять другие субстраты.
Первоначально считалось, что ксантиноксидаза крупного рогатого скота (из молока) имеет сайт связывания для уменьшения цитохром с с, но было обнаружено, что механизм снижения этого белка осуществляется через побочный продукт супероксидного аниона XO с конкурентным ингибированием за счет карбоангидраза. [10]
Другой реакцией, катализируемой ксантиноксидазой, является разложение S-нитрозотиолов (RSNO), активных форм азота, до оксида азота (NO), который реагирует с супероксид-анионом с образованием пероксинитрита в аэробных условиях. [11]
Также было обнаружено, что XO производит сильный одноэлектронный окислитель карбонат-радикальный анион в результате окисления ацетальдегидом в присутствии каталазы и бикарбоната. Было высказано предположение, что карбонатный радикал, вероятно, образовался в одном из окислительно-восстановительных центров фермента с промежуточным пероксимонокарбонатом. [9]
Вот диаграмма, показывающая пути, катализируемые ксантиноксидазой.
Предполагается, что ксантин оксидоредуктаза, наряду с другими ферментами, участвует в превращении нитрата в нитрит в тканях млекопитающих. [12]
Белковая структура
Белок крупный, имеет молекулярный вес 270 кДа и имеет 2 флавин молекулы (связанные как FAD), 2 молибден атомов, а 8 утюг атомов, связанных с ферментативной единицей. Атомы молибдена содержатся в виде молибдоптерин кофакторы и являются активными центрами фермента. Атомы железа входят в состав [2Fe-2S] ферредоксин железо-серные кластеры и участвуют в реакциях переноса электрона.
Каталитический механизм
Активный центр XO состоит из молибдоптериновой единицы с атомом молибдена, также координированным концевым кислородом (оксо), атомы серы и концевой гидроксид. В реакции с ксантином с образованием мочевой кислоты атом кислорода переносится от молибдена к ксантину, в результате чего предполагается участие нескольких промежуточных соединений. [3] Реформирование активного молибденового центра происходит при добавлении воды. Как и другие известные молибден-содержащие оксидоредуктазы, атом кислорода, введенный в субстрат XO происходит из воды, а не из дикислород (O2).
Клиническое значение
Поскольку ксантиноксидаза является метаболический путь для мочевая кислота образование, ингибитор ксантиноксидазы аллопуринол используется при лечении подагра. Поскольку ксантиноксидаза участвует в метаболизме 6-меркаптопурин, следует соблюдать осторожность перед назначением аллопуринола и 6-меркаптопурина или его пролекарства. азатиоприн, вместе.
Ксантинурия редкий генетическое расстройство где недостаток ксантиноксидазы приводит к высокой концентрации ксантина в крови и может вызвать проблемы со здоровьем, такие как почечная недостаточность. Специфического лечения не существует, врачи рекомендуют больным избегать продуктов с высоким содержанием пурин и для поддержания высокого потребления жидкости. Ксантинурия I типа напрямую связана с мутациями XDH ген, который опосредует активность ксантиноксидазы. Ксантинурия II типа может быть результатом нарушения механизма, который вводит серу в активные центры ксантиноксидазы и альдегидоксидаза, родственный фермент с некоторыми перекрывающимися действиями (например, превращение аллопуринол к оксипуринол). [15]
Ингибирование ксантиноксидазы было предложено как механизм улучшения здоровья сердечно-сосудистой системы. [16] Исследование показало, что пациенты с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) наблюдалось снижение окислительного стресса, включая окисление глутатиона и перекисное окисление липидов, когда ксантиноксидаза подавлялась 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 была исследована 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 здоровьем сердечно-сосудистой системы. [19] Состояния высокого клеточного обмена 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, который может образовывать ксантиноксидаза, вступают в реакцию 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 связи со здоровьем сердечно-сосудистой системы. [20]
И ксантиноксидаза, и ксантин оксидоредуктаза также присутствуют в роговица эпителий и эндотелий и могут быть вовлечены в окислительное повреждение глаза. [21]
Ингибиторы
Ингибиторы XO включают: аллопуринол, [22] оксипуринол, [23] и фитиновая кислота. [24] Также было обнаружено, что он ингибируется флавоноиды, [25] в том числе найденные в Бугенвиллия Spectabilis Уилл (Nyctaginaceae) листья (с IC50 7,23 мкМ), обычно используется в Народная медицина. [26]