XAO

XAO

キサンチンオキシダーゼ（Xanthine oxidase）は基質特異性が低い酵素であり、ヒポキサンチンからキサンチンを経て尿酸を生成する反応を触媒するだけでなく、キサンチンから直接尿酸を生成する反応も触媒する。FADを含有するフラビン酵素であり、乳、動物（特に鳥類の肝臓および腎臓）、昆虫、細菌などに存在する。分子量は比較的大きく、基質特異性は広い。電子供与体としてはプリン誘導体に加え、プテリジン誘導体やアルデヒド（カルボン酸を生成）も利用され得る。生成物としてヒドロキシ化合物が形成され、酸素原子は水に由来する。電子受容体は多岐にわたり、分子状酸素、硝酸塩、ベンゾキノン、ニトロ化合物、NAD、フェレドキシン等が挙げられるが、酵素の由来により異なる。反応過程で過酸化物が生成し、連鎖反応を引き起こす。

図1．XAOのタンパク質構造。

構造

キサンチンオキシダーゼは分子量が比較的大きく、約270,000で、FAD 2分子、モリブデン原子2個、鉄原子8個を含む。酵素中のモリブデンはモリブドプテリン補因子（molybdopterin cofactor）の形で存在し、酵素の活性部位を構成する。鉄原子は[2Fe-2S]型フェレドキシン鉄硫黄クラスターの構成要素であり、電子伝達反応に関与する。キサンチンオキシダーゼは多様な生物に存在するフラビン酵素で、体内においてプリン基質から尿酸を生成する反応を触媒する。キサンチンオキシダーゼの結晶構造は解明されている。全長1,330アミノ酸からなり、マウスとヒトのアミノ酸配列は約90%の相同性を示す。完全に対称な2つの構造ユニットから構成され、各ユニットは145 kDaである。触媒中心はモリブドプテリン中心、2つの鉄硫黄中心、およびフラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）からなり、なかでもモリブドプテリン中心は、キサンチンオキシダーゼによるキサンチンから尿酸への触媒反応における主要部位である。

触媒機構

キサンチンオキシダーゼの活性部位に存在するモリブド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、および末端ヒドロキシル基と結合している。キサンチンから尿酸への反応では、まずモリブデン上の酸素がキサンチン分子へ移動する。次いで、水分子が活性中間体に付加し、活性型モリブデン中心が再生される。他の既知のモリブデン含有酸化還元酵素と同様に、生成物に新たに導入される酸素原子は酸素分子ではなく水分子中の酸素に由来する。

用途

1．体内における核酸の異化代謝への関与

ヒトの尿酸は、細胞代謝に由来する核酸およびその他のプリン化合物、ならびに食品中のプリンが酵素作用により分解されて生成される。尿酸は、核酸構成成分であるアデニンおよびグアニンのヒト体内における異化代謝の最終産物である。ヒポキサンチンおよびキサンチンは尿酸の直接前駆体であり、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へ酸化され、キサンチンは尿酸へ酸化される。

2．鉄の吸収および輸送の促進

小腸粘膜細胞において、キサンチンオキシダーゼは食品から吸収された二価鉄イオンを三価鉄イオンへ酸化し、これが血漿トランスフェリンに取り込まれて血流により各組織へ輸送される。

3．SOD（スーパーオキシドジスムターゼ）活性の測定

酸素存在下で、キサンチンオキシダーゼはキサンチンの酸化を触媒し、尿酸および酸素フリーラジカルを生成する。生成したスーパーオキシドアニオンラジカルにより、ヒドロキシルアミンの酸化で生成する亜硝酸が発色試薬の作用により紫赤色を呈し、その吸光度を可視分光光度計で測定する。被検試料にSODが含まれる場合、スーパーオキシドアニオンラジカルに対して特異的な阻害作用を示し、亜硝酸の生成が低下して測定管の吸光度が低くなることから、被検試料中のSOD活性を算出する。

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し得る。プリン、ピリミジン等の含窒素複素環化合物は基質と競合して酵素の活性部位に結合し、競合阻害剤と呼ばれる。亜ヒ酸塩、シアン化物、メタノール等の化合物はモリブデン原子と相互作用し、酵素を不活化する。その他の阻害因子として、リン酸塩、イミダゾール、ナトリウム、塩化カリウム、安息香酸塩、ホウ酸塩、銅、アスコルビン酸、ジニトロフェノール等がある。これらのうち、アスコルビン酸によるキサンチンオキシダーゼ阻害は間接的作用である。乳には二価銅イオンが含まれ、アスコルビン酸はCu²⁺をCu⁺へ還元し、生成したCu⁺は本酵素の強力な阻害因子となる。

参考文献