[科普中国]-黄嘌呤氧化酶

简介

黄嘌呤氧化酶是一种专一性不高，既能催化次黄嘌呤生成黄嘌呤，进而生成尿酸，又能直接催化黄嘌呤生成尿酸的酶，是一种含钼、非血红素铁、无机硫化物、FAD的黄素酶，存在于牛乳、动物（特别是鸟类的肝脏与肾脏）、昆虫、细菌中。

黄嘌呤氧化酶分子量10几万-30几万，底物专性较广，除以嘌呤衍生物为电子供体外，还可以蝶啶衍生物、醛（生成羧酸）为电子供体，表面上生成羟基化合物，氧原子来源于水。黄嘌呤氧化酶电子受体很多，有分子氧、硝酸盐、苯醌、硝基化合物、NAD 、铁氧还蛋白等，但依酶的来源而有所不同。在反应时生成过氧化物，引起连锁反应。储存温度为2-8度。

黄嘌呤氧化酶具有以下特点：

1、黄嘌呤氧化酶外观呈浅黄色液体，系结晶悬浮于2.3mol/L硫酸铵、l0mmol/L磷酸钠缓冲溶液中，含1mmol/L EDTA、1mmol/L水杨酸钠，pH值约为7.8，是含铁-钼的黄素蛋白。

2、能氧化次黄嘌呤、黄嘌呤和醛等，作用的最适pH值为8.2，等电点为5.3-5.4。

3、激活剂为氧，抑制剂有重金属离子、氰化物、醛类、别嘌呤醇、磷酸盐、咪唑、氯化钠和氯化钾。

4、粗酶在2℃时可保存数周活力不降低，在结冻状况下可长期保存。

化学反应黄嘌呤氧化酶催化的是如下反应：

次黄嘌呤 + H2O + O2 → 黄嘌呤 + H2O2

黄嘌呤 + H2O + O2 → 尿酸 + H2O2

黄嘌呤 + H2O + 2O2 → 尿酸 + 2O2-（超氧阴离子） + 2H+（氢离子）

结构黄嘌呤氧化酶的分子量较大，约27万，并含有两分子FAD、两个钼原子和八个铁原子。酶中的钼以钼蝶呤辅因子的形式存在，是酶的活性位点。铁原子则为 [2Fe-2S] 铁氧还蛋白铁硫簇的一部分，参与电子转移反应。

黄嘌呤氧化酶是一种黄素蛋白酶，存在于各种生物体中，可催化体内的嘌呤底物形成尿酸。黄嘌呤氧化酶的晶体结构已经被解析，它由1330个氨基酸构成，其氨基酸序列在鼠和人之间具有90%的同源性，它是由两个完全对称的结构单元构成，每一个结构单元为145 ku，其催化中心包括一个钼蝶呤中心、两个铁-硫中心和一个黄素腺嘌呤二核苷酸，其中钼蝶呤中心是黄嘌呤氧化酶催化黄嘌呤生成尿酸的关键位点。1

催化机理黄嘌呤氧化酶活性位点中钼蝶呤辅因子的钼原子另外与一个端氧、多个硫原子以及一个端羟基相连。在黄嘌呤至尿酸的反应中，钼上的氧先是转移至黄嘌呤分子上，然后，水分子与活性中间体进行加成，使活性的钼中心得到再生。

与其他已知的含钼氧还酶类相同的是，产物中新引入的氧原子是来自于水分子中的氧，而非氧气分子。2

应用1、参与机体内核酸的分解代谢

人体的尿酸主要由细胞代谢分解的核酸和其他嘌呤类化合物以及食物中的嘌呤，经酶的作用分解而来。尿酸是核酸的组成成分即腺嘌呤与鸟嘌呤在人体内进行分解代谢的最终产物。次黄嘌呤和黄嘌呤是尿酸的直接前体，在黄嘌呤氧化酶作用下，次黄嘌呤氧化为黄嘌呤，黄嘌呤氧化为尿酸。

2、促进铁的吸收与转运

在小肠黏膜细胞中，黄嘌呤氧化酶将从食物中吸收的亚铁离子氧化成高铁离子，高铁离子与血浆转铁蛋白结合后被吸收如血液而被输送到各组织。

3、检测SOD（超氧化物歧化酶）的活力

黄嘌呤氧化酶在有氧存在时，能催化黄嘌呤进行氧化反应生成尿酸和氧自由基。所产生超氧阴离子自由基，它氧化羟胺形成的亚硝酸盐在显色剂的作用下呈现紫红色，用可见光分光光度计测其吸光度。当被测样品中含 SOD时，对超氧阴离子自由基有专一性的抑制作用，使形成的亚硝酸盐减少，测定管的吸光度低，从而计算出被测样品中的SOD活力。

4、黄嘌呤氧化酶作用产物的抗菌作用

目前，一种观点认为肿瘤组织内黄嘌呤氧化酶活力增高引起自由基产生增多，既能诱发肿瘤，又能促进肿瘤生长，另一种观点认为肿瘤组织中黄嘌呤氧化酶活力增高是机体发生肿瘤后的一种保护性反应，目的是产生更多的自由基，以杀伤肿瘤细胞。实验证明，加入黄嘌呤氧化酶抑制剂后肿瘤再度长大。一些化疗药物可与黄嘌呤氧化酶产生的自由基联合起来杀伤肿瘤细胞，这种共同作用的结果是大大增强了药物的疗效，这些现象说明黄嘌呤氧化酶催化次黄嘌呤产生的自由基确实有杀伤肿瘤细胞的作用。但同时也应注意到，黄嘌呤氧化酶催化底物发生氧化还原反应时，产生大量自由基，这些自由基对机体有很大的损伤作用，并且它在催化黄嘌呤生成尿酸的同时还生成过氧化氢，尿酸在机体内聚积过多会引起痛风病，而双氧水则严重损害人体细胞，因此，对黄嘌呤氧化酶催化机理的研究对临床医学具有实际意义。2

黄嘌呤氧化酶抑制剂黄嘌呤氧化酶的结构非常复杂，因此很多物质都可抑制其活性。如嘌呤、嘧啶和其它杂环的物质可与底物竞争结合到酶的活性部位，称之为竞争性抑制剂；而亚砷酸盐、氰化物、甲醇等化合物则可与钼原子作用，使酶失活。其它抑制剂包括磷酸盐、咪唑、钠、氯化钾、苯甲酸盐、硼酸盐、铜、抗坏血酸和二硝基苯酚。其中抗坏血酸对黄嘌呤氧化酶的抑制作用是间接作用，牛奶中含有二价铜离子，而抗坏血酸可把Cu2+还原成Cu+，而Cu+是酶的强抑制剂。

痛风和高尿酸血症患者可以有两种方法减少人体内尿酸和活性氧的形成：一是降低人体内次黄嘌呤和黄嘌呤的含量，这可通过控制嘌呤类食物摄入来实现；二是降低人体内黄嘌呤氧化酶的活性，这可通过抑制酶的活性来实现。黄嘌呤氧化酶抑制剂（xanthine oxidase inhibitors，XOI），如别嘌呤醇、羟嘌呤醇均能抑制黄嘌呤氧化酶活性，阻止次黄嘌呤和黄嘌呤代谢为尿酸，从而减少尿酸生成。XOI可以减少自由基造成的应激反应和对组织的伤害，有望在临床上用于治疗痛风及过氧化物自由导致的疾病。别嘌呤醇是治疗高尿酸血症及痛风的主要药物之一，也是临床上唯一一种抑制尿酸生成的化学药物，可是该药物有很多副作用，不但会引起发热，还引发过敏性皮疹腹痛、腹泻、白细胞及血小板减少和多器官受损，甚至有引起死亡的报道，安全性受到质疑，由于其对黄嘌呤氧化酶有很好的抑制作用所以一直沿用至今。因此，研究新的低毒高效黄嘌呤氧化酶抑制剂具有十分重要的意义。天然产物来源的黄嘌呤氧化酶抑制剂毒性小，安全性高，不易引起过敏反应且来源广，有的甚至可于日常饮食，引起了广泛关注。1