XAO

XAO

キサンチンオキシダーゼは低特異性の酵素であり、ヒポキサンチンからキサンチン、さらに尿酸の形成を触媒するだけでなく、キサンチンから尿酸の形成を直接触媒することもできます。硫化物とFADのフラビナーゼは、牛乳、動物（特に鳥の肝臓と腎臓）、昆虫、細菌に見られます。キサンチンオキシダーゼの分子量は数万から数十万であり、広い基質特異性を持っています。電子供与体としてのプリン誘導体に加えて、プテリジン誘導体やアルデヒド（カルボン酸を生成する）も電子供与体となることができます。水から酸素原子が由来し、ヒドロキシル化合物が形成されます。キサンチンオキシダーゼの電子受容体は多く、分子酸素、硝酸塩、ベンゾキノン、ニトロ化合物、NAD、フェレドキシンなどが含まれますが、酵素の供給源によって異なります。反応中に過酸化物が生成され、連鎖反応を引き起こします。

図1. XAOのタンパク質構造。

構造

キサンチンオキシダーゼの分子量は比較的大きく、約270,000であり、2つのFAD分子、2つのモリブデン原子、8つの鉄原子を含んでいます。酵素中のモリブデンはモリブデプテリン補因子の形で存在し、酵素の活性部位です。鉄原子は[2Fe-2S]フェレドキシン鉄-硫黄クラスターの一部であり、電子移動反応に参加します。キサンチンオキシダーゼは、さまざまな生物に存在するフラビンプロテアーゼであり、体内のプリン基質から尿酸の形成を触媒することができます。キサンチンオキシダーゼの結晶構造が解明されています。これは1,330のアミノ酸から構成されており、そのアミノ酸配列はマウスとヒトの間で90%の相同性があります。完全に対称な2つの構造単位から構成されており、各構造単位は145 kuであり、その触媒中心にはモリブデプテリン中心、2つの鉄-硫黄中心、フラビンアデニンジヌクレオチドが含まれています。モリブデプテリン中心は、キサンチンから尿酸への触媒反応の重要な部位です。

触媒メカニズム

キサンチンオキシダーゼの活性部位にあるモリブデプテリン補因子のモリブデン原子は、末端酸素、複数の硫黄原子、末端ヒドロキシル基に追加的に結合しています。キサンチンから尿酸への反応では、モリブデン上の酸素が最初にキサンチン分子に転送されます。次に、水分子が活性中間体に加えられ、活性モリブデン中心が再生されます。他の既知のモリブデン含有酸化還元酵素と同様に、生成物中の新たに導入された酸素原子は水分子中の酸素から来ており、酸素分子からではありません。

応用

1. 体内の核酸の異化に参加する

ヒトの尿酸は、細胞によって代謝される核酸や他のプリン化合物、食物中のプリンによって主に分解されます。尿酸は、ヒトの体内で核酸の構成成分であるアデニンとグアニンの異化の最終産物です。ヒポキサンチンとキサンチンは尿酸の直接前駆体です。キサンチンオキシダーゼの作用により、ヒポキサンチンはキサンチンに酸化され、キサンチンは尿酸に酸化されます。

2. 鉄の吸収と移動を促進する

小腸の粘膜細胞では、キサンチンオキシダーゼが食物から吸収された二価鉄イオンを三価鉄イオンに酸化し、これが血漿トランスフェリンによって吸収され、血液のようにさまざまな組織に輸送されます。

3. SOD（スーパーオキシドジスムターゼ）の活性を測定する

酸素の存在下で、キサンチンオキシダーゼはキサンチンの酸化を触媒し、尿酸と酸素フリーラジカルを生成します。生成されたスーパーオキシドアニオンフリーラジカルは、ヒドロキシルアミンの酸化によって生成された亜硝酸塩が発色剤の作用で紫赤色を示し、その吸光度は可視光分光光度計で測定されます。試験されたサンプルにSODが含まれている場合、スーパーオキシドアニオンフリーラジカルに対して特異的な抑制効果があり、亜硝酸塩の生成が減少し、測定管の吸光度が低くなり、これにより試験されたサンプルのSOD活性が計算されます。

阻害剤

キサンチンオキシダーゼの構造は非常に複雑であるため、多くの物質がその活性を阻害することができます。プリン、ピリミジン、その他のヘテロサイクルなどの物質は、基質と競合して酵素の活性部位に結合することができ、これを競争的阻害剤と呼びます。亜ヒ酸、シアン化物、メタノールなどの化合物は、モリブデン原子と相互作用し、酵素が不活化されます。他の阻害剤には、リン酸、イミダゾール、ナトリウム、塩化カリウム、ベンゾエート、ホウ酸、銅、アスコルビン酸、ダイニトロフェノールが含まれます。その中で、アスコルビン酸のキサンチンオキシダーゼに対する阻害は間接的な効果です。牛乳には二価銅イオンが含まれており、アスコルビン酸はCu²⁺をCu⁺に還元することができ、これは酵素の強力な阻害剤です。

参考文献