Uratoxidase - Urate oxidase

Das beim Menschen nicht vorkommende Enzym Uratoxidase ( UO ), Urikase oder faktorunabhängige Urathydroxylase katalysiert die Oxidation von Harnsäure zu 5-Hydroxyisourat :

Harnsäure + O ₂ + H ₂ O → 5-Hydroxyisourat + H ₂ O ₂

5-Hydroxyisourat + H ₂ O ₂ → Allantoin + CO ₂

Harnsäure

5-Hydroxyisourat

Allantoin

Struktur

Uratoxidase ist hauptsächlich in der Leber lokalisiert, wo sie in vielen Peroxisomen einen großen elektronendichten parakristallinen Kern bildet . Das Enzym existiert als Tetramer aus identischen Untereinheiten, von denen jede eine mögliche Typ-2-Kupferbindungsstelle enthält.

Uratoxidase ist ein homotetrameres Enzym, das vier identische aktive Zentren enthält, die sich an den Grenzflächen zwischen seinen vier Untereinheiten befinden. UO von A. flavus besteht aus 301 Resten und hat ein Molekulargewicht von 33438 Dalton . Es ist einzigartig unter den Oxidasen , da es weder ein Metallatom noch einen organischen Cofaktor für die Katalyse benötigt . Die Sequenzanalyse mehrerer Organismen hat ergeben, dass 24 konservierte Aminosäuren vorliegen, von denen 15 am aktiven Zentrum beteiligt sind.

Reaktionsmechanismus

Uratoxidase ist das erste von drei Enzymen, die Harnsäure in S-(+)-Allantoin umwandeln. Nachdem Harnsäure durch Uratoxidase in 5-Hydroxyisourat umgewandelt wurde, wird 5-Hydroxyisourat (HIU) durch HIU- Hydrolase in 2-Oxo-4-hydroxy-4-carboxy-5-ureidoimidazolin (OHCU) und dann in S-( +)-Allantoin durch 2-Oxo-4-hydroxy-4-carboxy-5-ureidoimidazolin-Decarboxylase (OHCU-Decarboxylase). Ohne HIU-Hydrolase und OHCU-Decarboxylase zerfällt HIU spontan in racemisches Allantoin.

Innerhalb des aktiven Zentrums der Uratoxidase gibt es ein katalytisches Zentrum, das Harnsäure und seine Analoga in der gleichen Orientierung hält, und ein gemeinsames katalytisches Zentrum, an dem Sauerstoff, Wasser und Wasserstoffperoxid sequentiell angetrieben werden. Dieser Mechanismus ähnelt dem der Katalase , die Wasserstoffperoxid wieder in Sauerstoff umwandelt und auch Wasserstoffperoxid und Wasser sequentiell durch das gemeinsame katalytische Zentrum treibt. Röntgenkristallographie hat gezeigt, dass Harnsäure zuerst als Monoanion an das aktive Zentrum bindet und dann zu einem Dianion deprotoniert wird. Das Dianion wird durch Arg 176 und Gln 228 des Enzyms stabilisiert . Sauerstoff nimmt anschließend ein Elektronenpaar vom Harnsäuredianion auf und wird in Wasserstoffperoxid umgewandelt, das durch Wasser ersetzt wird, das einen nukleophilen Angriff auf das Zwischenprodukt ausführt, um 5-Hydroxyisourat zu erzeugen.

Es ist bekannt, dass Uratoxidase sowohl durch Cyanid- als auch durch Chloridionen gehemmt wird . Dies geschieht aufgrund von Anion-π-Wechselwirkungen zwischen dem Inhibitor und dem Harnsäuresubstrat.

Bedeutung der Abwesenheit beim Menschen

Urat - Oxidase wird in fast allen Organismen, von gefundenen Bakterien zu Säugetieren , ist aber inaktiv bei Menschen und mehrere andere Menschenaffen, in verloren gegangen Primaten Evolution . Dies bedeutet, dass der Stoffwechselweg , anstatt Allantoin als Endprodukt der Purinoxidation zu produzieren , mit Harnsäure endet. Dies führt dazu, dass der Mensch viel höhere und stärker schwankende Uratspiegel im Blut hat als die meisten anderen Säugetiere.

Genetisch wurde der Verlust der Uratoxidasefunktion beim Menschen durch zwei Nonsense-Mutationen an den Codons 33 und 187 und eine abweichende Spleißstelle verursacht.

Es wurde vorgeschlagen , dass der Verlust der Uratoxidase - Genexpression für Hominiden vorteilhaft ist , da Harnsäure ein starkes Antioxidans und Fänger von Singulett - Sauerstoff und Radikalen ist . Seine Anwesenheit schützt den Körper vor oxidativen Schäden, verlängert so das Leben und senkt die altersspezifische Krebsrate.

Harnsäure spielt jedoch eine komplexe physiologische Rolle bei mehreren Prozessen, einschließlich Entzündungen und Gefahrensignalen, und eine moderne purinreiche Ernährung kann zu Hyperurikämie führen , die mit vielen Krankheiten verbunden ist, darunter einem erhöhten Risiko, an Gicht zu erkranken .

Krankheitsrelevanz

Uratoxidase wird als Proteinwirkstoff ( Rasburicase ) zur Behandlung der akuten Hyperurikämie bei Patienten unter Chemotherapie formuliert . Eine PEGylierte Form von Uratoxidase, Pegloticase , wurde 2010 von der FDA zur Behandlung von chronischer Gicht bei erwachsenen Patienten zugelassen, die auf eine „konventionelle Therapie“ nicht ansprechen .

Kinder mit Non-Hodgkin-Lymphom (NHL), insbesondere mit Burkitt-Lymphom und akuter lymphatischer B-Zell- Leukämie (B-ALL), haben häufig ein Tumorlysesyndrom (TLS), das auftritt, wenn der Abbau von Tumorzellen durch Chemotherapie Harnsäure freisetzt und verursacht die Bildung von Harnsäurekristallen in den Nierentubuli und Sammelrohren . Dies kann zu Nierenversagen und sogar zum Tod führen. Studien legen nahe, dass Patienten mit einem hohen TLS-Risiko von der Gabe von Uratoxidase profitieren können. Dem Menschen fehlt jedoch das nachfolgende Enzym HIU-Hydroxylase auf dem Weg zum Abbau von Harnsäure zu Allantoin, so dass eine langfristige Uratoxidase-Therapie aufgrund der toxischen Wirkungen von HIU potenziell schädliche Auswirkungen haben könnte.

Erhöhte Harnsäurewerte wurden auch mit Epilepsie in Verbindung gebracht . In Mausmodellen wurde jedoch festgestellt, dass die Unterbrechung der Uratoxidase tatsächlich die Erregbarkeit des Gehirns und die Anfälligkeit für Anfälle verringert.

Die Graft-versus-Host-Krankheit (GVHD) ist oft eine Nebenwirkung der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation (HSCT), die durch Spender- T-Zellen verursacht wird , die das Wirtsgewebe zerstören. Es wurde gezeigt, dass Harnsäure die T-Zell-Antwort erhöht, so dass klinische Studien gezeigt haben, dass Uratoxidase verabreicht werden kann, um den Harnsäurespiegel beim Patienten zu senken und anschließend die Wahrscheinlichkeit einer GvHD zu verringern.

Bei Hülsenfrüchten

UO ist auch ein essentielles Enzym im Ureid-Pfad, bei dem die Stickstofffixierung in den Wurzelknötchen von Hülsenfrüchten stattfindet . Der fixierte Stickstoff wird in Metaboliten umgewandelt , die von den Wurzeln durch die Pflanze transportiert werden, um den benötigten Stickstoff für die Aminosäurebiosynthese bereitzustellen .

In Hülsenfrüchten kommen 2 Formen der Uricase vor: in den Wurzeln die tetramere Form; und in den nicht infizierten Zellen von Wurzelknötchen eine monomere Form, die eine wichtige Rolle bei der Stickstofffixierung spielt.

Siehe auch

• 2-Oxo-4-hydroxy-4-carboxy-5-ureidoimidazolin-decarboxylase

Verweise