乳源黄嘌呤脱氢酶和黄嘌呤氧化酶的晶体结构研究概述

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乳源黄嘌呤脱氢酶和黄嘌呤氧化酶的晶体结构研究概述

作者：郭晓蕾施斌张婷

来源：《安徽农业科学》2015年第04期

摘要在全球范围内，高尿酸血症近年来发病率逐渐提高。黄嘌呤脱氢酶（XDH）、黄嘌呤氧化酶（XO）等是参与痛风发生与发展的关键酶，是开发抗痛风药物的重要靶标。通过抑制嘌呤代谢关键酶活性，可有效降低血浆尿酸水平。本文主要概述了在2.1分辨率下牛乳来源的二聚XDH的晶体结构及在2.5分辨率下XO的晶体结构，发现每个分子由一个含两铁硫中

心的氨基端20 kDa域、一个中央40 kDa黄素腺嘌呤二核苷酸域和一个85 kDa钼喋呤结合域。此外，对黄嘌呤脱氢酶转化为黄嘌呤氧化酶的主要变化历程进行概述。

关键词黄嘌呤脱氢酶；黄嘌呤氧化酶；晶体结构

中图分类号 S188；TS202.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）04-001-04

乳源黄嘌呤氧化酶是一种典型的酶，最初被认为是一种醛氧化酶，后来充当了整个复杂金属黄素蛋白质类的基准物[1]。黄嘌呤氧化还原酶可从各种各样的生物（微生物、人等）中分

离获得。它能广泛地催化嘌呤、嘧啶、喋呤和醛类的羟基化反应[2-3]。催化次黄嘌呤和黄嘌呤羟基化的哺乳动物酶，即作用在尿酸形成的最后2个步骤，可以合成脱氢形式的黄嘌呤脱氢酶（XDH），并且在细胞主要以这种形式存在，但很容易被含巯基残留物氧化或发生水解作

用，而转化为氧化形式的黄嘌呤氧化酶（XO）。XDH在黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）反应区域，催化反应向NAD+减少的方向进行，然而XO不与NAD+反应，就只能将分子氧作为反应底物，生成超氧化物阴离子和过氧化氢[2]。黄嘌呤氧化还原酶类是一种针对痛风和高尿酸血

症的药物，可将XDH转化成XO，因其涉及氧自由基诱发组织损伤类型疾病（如缺血后再灌注损伤等）已受到广泛关注。最近研究表明，XO还可能具有降血压的作用[4]。

黄嘌呤氧化还原酶类的活化型是分子质量达290 kDa的同型二聚体。每个单体在反应中发挥着各自的催化作用。每个亚基有1个钼喋呤辅因子、2个不同光谱[2Fe2S]中心和1个FAD

辅因子。黄嘌呤的氧化发生在钼喋呤中心（Mopt），电子进而通过分子内电子转移迅速分配

到其他中心。与其他羟化酶不同的是，XDH最终用一个水分子作为氧原子来源并入产物中。

来自各种来源的黄嘌呤氧化还原酶类的氨基酸序列已通过单独反向转录DNA（cDNAs）或基因工程推导出来。这些酶类约由1 330个氨基酸组成，而且高度同源，例如牛奶酶类（1 332个残基）中90%的氨基酸序列与人类肝脏酶（1 333个残基）具有同一性[2，5-6]。哺乳动物的XDH用胰蛋白酶限制性蛋白水解作用后，可得到3个片段（分子量分别为20、40和85 kDa），与此同时自身将转化为黄嘌呤氧化酶。序列经对比后表明，2个铁硫中心位于在N端