Ксантиноксидаза и метаболизм пуринов¶

Ксантиноксидаза — фермент класса оксидоредуктаз (КФ 1.17.3.2), катализирующий заключительные этапы катаболизма пуриновых нуклеотидов у человека и многих животных. Молекула представляет собой гомодимер с молекулярной массой около 290 кДа, каждый мономер содержит молибденовый кофактор, два железо-серных кластера [2Fe-2S] и одну молекулу флавинадениндинуклеотида (FAD). Фермент локализуется преимущественно в цитозоле гепатоцитов, эндотелиальных клетках и молочных железах; в организме существует также в форме ксантиндегидрогеназы — обратимо модифицированной формы того же белка.

¶Метаболизм пуринов

Пуриновые нуклеотиды (АМФ, ГМФ) последовательно деградируют до гипоксантина и ксантина. Ключевые стадии:

• АМФ → инозин → гипоксантин;
• ГМФ → гуанозин → гуанин → ксантин;
• гипоксантин и ксантин далее окисляются ксантиноксидазой до мочевой кислоты.

Реакции, катализируемые ферментом:

• гипоксантин + O₂ + H₂O → ксантин + H₂O₂;
• ксантин + O₂ + H₂O → мочевая кислота + H₂O₂.

Конечный продукт у человека — мочевая кислота, тогда как у большинства млекопитающих работает фермент уриказа, расщепляющий её до аллантоина. Утрата активности уриказы в ходе эволюции приматов объясняет относительно высокий уровень уратов в крови человека.

¶Механизмы регуляции

Активность фермента возрастает при гипоксии, воспалении и ишемии тканей. Ксантиндегидрогеназа использует в качестве акцептора электронов НАД⁺, тогда как ксантиноксидаза передаёт их молекулярному кислороду с образованием супероксид-аниона и пероксида водорода. Переход одной формы в другую происходит за счёт окисления сульфгидрильных групп или ограниченного протеолиза.

¶Клиническое значение

Повышенная активность фермента ведёт к гиперурикемии и связана с развитием подагры, мочекаменной болезни и уратной нефропатии. Побочные продукты реакции — активные формы кислорода — участвуют в окислительном стрессе и повреждении эндотелия при ишемии-реперфузии.

Ингибиторы ксантиноксидазы применяются в терапии подагры:

Наследственный дефицит фермента (ксантинурия) приводит к накоплению ксантина и гипоксантина, выделяемых с мочой, и к снижению уровня мочевой кислоты; у части пациентов формируются камни в почках.

¶Лабораторная диагностика

Активность ксантиноксидазы в сыворотке крови определяют спектрофотометрически по образованию мочевой кислоты при 293 нм. Повышение активности рассматривают как маркёр окислительного стресса и дисфункции печени.

¶Другие организмы

У микроорганизмов и растений фермент участвует в катаболизме пуринов и в молибденовом обмене. Бактериальные ксантиноксидазы используются как модельные объекты для изучения строения молибдоптеринового кофактора.