Формально-кинетический процесс ксантиноксидазной реакции описан схемой с двумя субстратами, восстановителем и окислителем. В ней выделяют три участка: 1) центр окисления субстрата; 2) центр переноса электронов и 3) центр восстановления 02. Элементарные стадии реакций в достаточной степени рассмотрены в монографии. В этой связи лишь отметим, что 02 взаимодействует с ферментом в две стадии, с образованием активных форм кислорода.
ФАДН2 + 202 -> ФАД + 2Н+ + 2О2,
ФАДН2 + 02 -> ФАД + Н202.

Супероксид-анион и перекись водорода в этих реакциях генерируются в результате одно- или двухэлектронного переноса.
Существуют две точки зрения, характеризующие структуру промежуточного соединения, которое образуются в процессе окисления молекулярным кислородом флавиновых нуклеотидов (дигидрофлавин XIII). Во-первых, это может быть аддукт в положении 4а (XIV), во-вторых — циклическая перекись (XV), как результат присоединения 02 к атомам углерода в положениях 4а и 10а.

Последующие превращения соединений XIV или XV могут приводить к образованию супероксид-аниона или перекиси водорода. Так, например, распад аддукта XIV в результате протонирования внутреннего атома кислорода может привести к образованию Н202 и окисленного флавина.

Наличие атомов Мо в составе ксантиноксидазы доказано методом ЭПР и не вызывает сомнения. Однако его роль в каталитическом акте фермента еще далека от окончательного решения. Одним из распространенных взглядов, определяющих значение Мо в этих реакциях, является предложенный Гамильтоном механизм восстановления металла на первом этапе.

В результате присоединения координированной с металлом гидроксильной группы возникает аддукт XVII. По-видимому, далее он может окисляться посредством переноса электронов через кислород на каждый атом Мо. Получив по одному электрону они образуют два атома Мо (+5).

Еще на один момент хотелось бы обратить внимание. В отличие от ранее рассматриваемых ферментов ксантиноксидаза содержит прочно связанное железо не координированное с ядром гема. Этот фермент относится к так называемым железо-серным белкам. Соотношение железа и «лабильной серы» для таких белков составляет 1:1.

Рентгеноструктурный анализ таких белков свидетельствует о том, что их полипептидная цепь обернута вокруг железо-серного кластера, содержащего боковые цепи остатков аминокислот и по два атома серы и железа. По набору ряда параметров кластер в ксантиноксидазе относят к типу Fe2S2. Полагают, что он может находиться в двух состояниях, отличающихся g-факторами и температурной зависимостью интенсивности сигналов ЭПР. Понятно, что такой кластер выполняет свою функцию в центре переноса электронов, а именно в процессе окисления восстановленной формы фермента кислородом.

Подводя итог рассмотрения свойств ксантиноксидазы и ксантиндегидрогеназы отметим, что по своей структуре это один фермент. Однако в силу определенных обстоятельств транспорт электронов в цепи фермента может следовать в район железо-серного кластера к ФАД, а затем к акцептору — 02 (оксидазная активность) или к НАД+ (дегидрогеназная активность). Оба фермента осуществляют каталитическое окисление субстратов, имеющих электрон-дифицитные Sp2-гибридизованные атомы углерода, связанные в гетероцикле с атомом азота (пурины, пиримидины).

Очевидно структура акцептора электронов и определяет некоторые особенности субстратной избирательности в каталитических актах ксантиноксидазы и ксантиндегидрогеназы.
В большей степени это относится к региоспецифичности окисления одного и того же субстрата.

Аллопуринол, лекарство для лечения подагры, в организме пациентов превращается с помощью ксантиноксидазы в аллоксантин. Этот метаболит является специфическим ингибитором ксантиноксидазы. Поэтому в диагностических целях используют как аллопуринол так и его метаболит.

Среди лекарственных средств типичных субстратов ксантиноксидазы-ксантидегидрогеназы можно назвать также митомицин С, который с помощью данных ферментов активируется в цитотоксическое производное, обладающее алкилирующими свойствами. Эти ферменты участвуют в метаболизме 6-меркаптопурина и 2,6-дитиопурина, вовлекая их в эффект первичного прохождения.

Большинство противовирусных препаратов, производных пурина, имеют один значительный недостаток — низкую биодоступность. Используя принцип создания пролекарств в ряде случаев получены гидрофобные производные, имеющие высокую биодоступность, например, 6-деоксиацикловир. В организме пациентов он с помощью ксантиноксидазы, в области биологической мишени превращается в ацикловир. В аналогичных условиях 2'-флюороарабинодидоксипурин (высокая биодоступность) превращается в активное химиотерапевтическое средство 2'-флюороарабинодидоксиинозий.

- Вернуться в оглавление раздела "фармация"