Аминокислотная последовательность клонированной ксантиндегидрогеназы человека на 91 % идентична ксантиноксидазам мышей и крыс. Пожалуй наименьший успех принадлежит исследованиям в области изучения изоформ ферментов. С некоторой долей достоверности сейчас можно говорить только о двух изоформах ксантиндегидрогеназы человека.

Половые различия в активности ксантиноксидазы отмечены для организма крыс. Для самок наблюдается лишь половинная активность этого фермента. В тоже время для организма человека такая закономерность не выявлена, в случае использования в качестве субстрата кофеина.

Особенно чувствительна эта ферментная система к различным патологическим состояниям организмов. Уменьшение коронарного кровотока, приводящего к ишемии, является потенциальным окислительным стрессом для клеточных структур. Возникающие при этом альдегиды, как следствие перекисного окисления липидов, изменяют активность ферментов. Так, малоновый диальдегид увеличивает активность ксантиндегидрогеназы и уменьшает ксантиноксидазные свойства. В противоположность этому факту 4-оксиноненал усиливает действие только ксантиноксидазы. В процессе ишемии определенный вклад в транскрипционную активацию ксантиндегидрогеназы вносит и оксид азота, ингибирующий действия ксантиноксидазы.

Ксантиноксидаза в ряде случаев ответственна за проявление токсических эффектов. Липополисахариды, относящиеся к продуктам жизнедеятельности бактерий увеличивают ксанти-ноксидазную активность в различных тканях мышей, за счет транскрипционных и посттранскрипционных механизмов. Результатом такой реакции является возникновение активных форм кислорода, с последующими цитотоксическими проявлениями.

Субстратная специфичность ферментов

Субстратная специфичность ферментов хорошо иллюстрируется на примере бициклических ароматических веществ.
Нафталин (IX) окисляется в живых организмах до 1- и 2-нафтолов с участием CYP450. Это вещество не является субстратом ксантиноксидазы и ксантиндегидрогеназы. Появление азота в качестве гетероатома в молекуле хинолина (X) делает это вещество субстратом этих ферментов, наряду с CYP450. Последующее увеличение числа атомов азота, как это имеет место в молекуле хиназолина (XI) и приводит к тому, что этот субстрат в основном окисляется ксантиноксидазой и альдегидоксидазой до хиназолин-4-она и дальше до хиназолин-2,4-диона. В этом случае отмечены лишь следовые количества метаболитов фенольной структуры, т. е. образующихся в цитохром Р450-зависимом катализе. И наконец, птеридин (XII) относится только к субстратам молибдензависимых монооксигеназ, так как окисляется до птериден-2,4-диола альдегидоксидазой и до птеридин-2,4,7-триона ксантиноксидазой. Следовательно, рассматриваемые ферменты атакуют (окисляют) углеродный атом ароматического кольца, который располагается по соседству с гетероатомом (азотом). Это происходит потому, что они катализируют реакции с участием нуклеофилов и это отличает их от цитохром Р450-зависимых ферментов.

В отличие от бициклических соединений, содержащих в качестве гетероатома азот, их моноциклические аналоги (пиридины, пиримидины, пиразины, пиридазины) не взаимодействуют с ферментами in vitro. Однако, если эти субстраты содержат заместители (как это имеет место в молекуле 3-ацетилпиридина, 2-оксипиримидина, 4-оксипиримидина) они окисляются ксантиноксидазой и альдегидоксидазой.

Эксперименты с 1802 показали, что окисляемые субстраты включают в себя атом кислорода из воды, а не из молекулярного кислорода.
Молекулярная организация и механизм действия этой группы ферментов в достаточной степени изучены на примере ксантиноксидазы молока, так как эта форма методически легко может быть очищена и к тому же является наиболее устойчивой к внешним воздействиям.

- Читать далее "Формально-кинетический процесс ксантиноксидазной реакции. Свойства ксантиноксидазы и ксантиндегидрогеназы"