Формально-кинетический процесс ксантиноксидазной реакции. Свойства ксантиноксидазы и ксантиндегидрогеназы

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).

ксантинооксидаза

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"

Оглавление темы "Ферменты действующие на лекарства":
1. Микросомы семенных пузырьков. Простагландинсинтетаза
2. Механизм N-деметилирования субстратов. Гемоксигеназа
3. Свойства гемоксигеназы. Функции гемоксигеназы
4. Флавинзависимая монооксигеназа. Специфичность FMO
5. Реакции катализа. Механизмы катализа
6. Гидролиз нитронов. Катализ лекарственных препаратов
7. Карбиноламины. Окисление ксенобиотиков
8. Молибденсодержащие ферменты. Ксантиноксидаза
9. Значение ксантиноксидазы. Субстратная специфичность ферментов
10. Формально-кинетический процесс ксантиноксидазной реакции. Свойства ксантиноксидазы и ксантиндегидрогеназы

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: