黃嘌呤氧化酶是一種專一性不高，既能催化次黃嘌呤生成黃嘌呤，進而生成尿酸，又能直接催化黃嘌呤生成尿酸的酶，是一種含鉬、非血紅素鐵、無機硫化物、FAD的黃素酶，存在於牛乳、動物（特別是鳥類的肝臟與腎臟）、昆蟲和細菌中。
基本介紹
- 中文名：黃嘌呤氧化酶
- 外文名：xanthine oxidase from buttermilk
- CAS號：9002-17-9
- EINECS號：232-657-6
該酶簡介,特點,化學反應,結構,催化機理,套用,抑制劑,
該酶簡介
黃嘌呤氧化酶是一種專一性不高，既能催化次黃嘌呤生成黃嘌呤，進而生成尿酸，又能直接催化黃嘌呤生成尿酸的酶，是一種含鉬、非血紅素鐵、無機硫化物、FAD的黃素酶，存在於牛乳、動物（特別是鳥類的肝臟與腎臟）、昆蟲、細菌中。
黃嘌呤氧化酶分子量10幾萬-30幾萬，底物專性較廣，除以嘌呤衍生物為電子供體外，還可以蝶啶衍生物、醛（生成羧酸）為電子供體，表面上生成羥基化合物，氧原子來源於水。黃嘌呤氧化酶電子受體很多，有分子氧、硝酸鹽、苯醌、硝基化合物、NAD 、鐵氧還蛋白等，但依酶的來源而有所不同。在反應時生成過氧化物，引起連鎖反應。儲存溫度為2-8度。
特點
4、粗酶在2℃時可保存數周活力不降低，在結凍狀況下可長期保存。
化學反應
黃嘌呤氧化酶催化的是如下反應：
黃嘌呤 + H2O + O2 → 尿酸 + H2O2
結構
黃嘌呤氧化酶的分子量較大，約27萬，並含有兩分子FAD、兩個鉬原子和八個鐵原子。酶中的鉬以鉬蝶呤輔因子的形式存在，是酶的活性位點。鐵原子則為 [2Fe-2S] 鐵氧還蛋白鐵硫簇的一部分，參與電子轉移反應。
黃嘌呤氧化酶是一種黃素蛋白酶，存在於各種生物體中，可催化體內的嘌呤底物形成尿酸。黃嘌呤氧化酶的晶體結構已經被解析，它由1330個胺基酸構成，其胺基酸序列在鼠和人之間具有90%的同源性，它是由兩個完全對稱的結構單元構成，每一個結構單元為145 ku，其催化中心包括一個鉬蝶呤中心、兩個鐵-硫中心和一個黃素腺嘌呤二核苷酸，其中鉬蝶呤中心是黃嘌呤氧化酶催化黃嘌呤生成尿酸的關鍵位點。
催化機理
黃嘌呤氧化酶活性位點中鉬蝶呤輔因子的鉬原子另外與一個端氧、多個硫原子以及一個端羥基相連。在黃嘌呤至尿酸的反應中，鉬上的氧先是轉移至黃嘌呤分子上，然後，水分子與活性中間體進行加成，使活性的鉬中心得到再生。
與其他已知的含鉬氧還酶類相同的是，產物中新引入的氧原子是來自於水分子中的氧，而非氧氣分子。
套用
1、參與機體核心酸的分解代謝
人體的尿酸主要由細胞代謝分解的核酸和其他嘌呤類化合物以及食物中的嘌呤，經酶的作用分解而來。尿酸是核酸的組成成分即腺嘌呤與鳥嘌呤在人體內進行分解代謝的最終產物。次黃嘌呤和黃嘌呤是尿酸的直接前體，在黃嘌呤氧化酶作用下，次黃嘌呤氧化為黃嘌呤，黃嘌呤氧化為尿酸。
2、促進鐵的吸收與轉運
在小腸黏膜細胞中，黃嘌呤氧化酶將從食物中吸收的亞鐵離子氧化成高鐵離子，高鐵離子與血漿轉鐵蛋白結合後被吸收如血液而被輸送到各組織。
3、檢測SOD（超氧化物歧化酶）的活力
黃嘌呤氧化酶在有氧存在時，能催化黃嘌呤進行氧化反應生成尿酸和氧自由基。所產生超氧陰離子自由基，它氧化羥胺形成的亞硝酸鹽在顯色劑的作用下呈現紫紅色，用可見光分光光度計測其吸光度。當被測樣品中含 SOD時，對超氧陰離子自由基有專一性的抑制作用，使形成的亞硝酸鹽減少，測定管的吸光度低，從而計算出被測樣品中的SOD活力。
4、黃嘌呤氧化酶作用產物的抗菌作用
目前，一種觀點認為腫瘤組織內黃嘌呤氧化酶活力增高引起自由基產生增多，既能誘發腫瘤，又能促進腫瘤生長，另一種觀點認為腫瘤組織中黃嘌呤氧化酶活力增高是機體發生腫瘤後的一種保護性反應，目的是產生更多的自由基，以殺傷腫瘤細胞。實驗證明，加入黃嘌呤氧化酶抑制劑後腫瘤再度長大。一些化療藥物可與黃嘌呤氧化酶產生的自由基聯合起來殺傷腫瘤細胞，這種共同作用的結果是大大增強了藥物的療效，這些現象說明黃嘌呤氧化酶催化次黃嘌呤產生的自由基確實有殺傷腫瘤細胞的作用。但同時也應注意到，黃嘌呤氧化酶催化底物發生氧化還原反應時，產生大量自由基，這些自由基對機體有很大的損傷作用，並且它在催化黃嘌呤生成尿酸的同時還生成過氧化氫，尿酸在機體內聚積過多會引起痛風病，而雙氧水則嚴重損害人體細胞，因此，對黃嘌呤氧化酶催化機理的研究對臨床醫學具有實際意義。
抑制劑
黃嘌呤氧化酶的結構非常複雜，因此很多物質都可抑制其活性。如嘌呤、嘧啶和其它雜環的物質可與底物競爭結合到酶的活性部位，稱之為競爭性抑制劑；而亞砷酸鹽、氰化物、甲醇等化合物則可與鉬原子作用，使酶失活。其它抑制劑包括磷酸鹽、咪唑、鈉、氯化鉀、苯甲酸鹽、硼酸鹽、銅、抗壞血酸和二硝基苯酚。其中抗壞血酸對黃嘌呤氧化酶的抑制作用是間接作用，牛奶中含有二價銅離子，而抗壞血酸可把Cu2+還原成Cu+，而Cu+是酶的強抑制劑。
痛風和高尿酸血症患者可以有兩種方法減少人體內尿酸和活性氧的形成：一是降低人體內次黃嘌呤和黃嘌呤的含量，這可通過控制嘌呤類食物攝入來實現；二是降低人體內黃嘌呤氧化酶的活性，這可通過抑制酶的活性來實現。黃嘌呤氧化酶抑制劑（xanthine oxidase inhibitors，XOI），如別嘌呤醇、羥嘌呤醇均能抑制黃嘌呤氧化酶活性，阻止次黃嘌呤和黃嘌呤代謝為尿酸，從而減少尿酸生成。XOI可以減少自由基造成的應激反應和對組織的傷害，有望在臨床上用於治療痛風及過氧化物自由導致的疾病。別嘌呤醇是治療高尿酸血症及痛風的主要藥物之一，也是臨床上唯一一種抑制尿酸生成的化學藥物，可是該藥物有很多副作用，不但會引起發熱，還引發過敏性皮疹腹痛、腹瀉、白細胞及血小板減少和多器官受損，甚至有引起死亡的報導，安全性受到質疑，由於其對黃嘌呤氧化酶有很好的抑制作用所以一直沿用至今。因此，研究新的低毒高效黃嘌呤氧化酶抑制劑具有十分重要的意義。天然產物來源的黃嘌呤氧化酶抑制劑毒性小，安全性高，不易引起過敏反應且來源廣，有的甚至可於日常飲食，引起了廣泛關注。
