Phosphatase - Phosphatase

En kugle- og pindmodel af en fosfatanion.

I biokemi , en phosphatase er et enzym , der bruger vand til at spalte en phosphorsyre monoester i en phosphat -ion og en alkohol . Fordi et phosphataseenzym katalyserer den hydrolyse af dets substrat , er det en underkategori af hydrolaser . Phosphatase -enzymer er afgørende for mange biologiske funktioner, fordi phosphorylering (f.eks. Ved proteinkinaser ) og dephosphorylering (ved phosphataser) tjener forskellige roller i cellulær regulering og signalering . Mens phosphataser fjerner phosphatgrupper fra molekyler, katalyserer kinaser overførslen af ​​phosphatgrupper til molekyler fra ATP . Sammen leder kinaser og fosfataser en form for posttranslationel modifikation, der er afgørende for cellens regulatoriske netværk.

Phosphatase -enzymer må ikke forveksles med phosphorylase -enzymer, som katalyserer overførslen af ​​en phosphatgruppe fra hydrogenphosphat til en acceptor. På grund af deres udbredelse i cellulær regulering er fosfataser et interesseområde for farmaceutisk forskning.

Biokemi

Den generelle reaktion katalyseret af et phosphataseenzym

Phosphataser katalyserer den hydrolyse af et phosphomonoester, fjernelse af en phosphat -del fra substratet. Vand spaltes i reaktionen, hvor -OH -gruppen er knyttet til phosphationen, og H+ protonerer hydroxylgruppen i det andet produkt. Nettoresultatet af reaktionen er ødelæggelsen af ​​en phosphomonoester og dannelsen af ​​både en phosphation og et molekyle med en fri hydroxylgruppe.

Phosphataser er i stand til at dephosphorylere tilsyneladende forskellige steder på deres substrater med stor specificitet. Identifikation af "fosfatasekoden", det vil sige mekanismerne og reglerne, der regulerer substratgenkendelse for fosfataser, er stadig i gang, men den første sammenlignende analyse af alle de proteinfosfataser, der er kodet for ni eukaryote 'fosfatom' -genomer, er nu tilgængelig. Undersøgelser viser, at såkaldte "docking -interaktioner" spiller en væsentlig rolle i substratbinding. En fosfatase genkender og interagerer med forskellige motiver (elementer i sekundær struktur) på sit substrat; disse motiver binder med lav affinitet til forankringssteder på phosphatasen, som ikke er indeholdt i dets aktive sted . Selvom hver individuel dockinginteraktion er svag, forekommer mange interaktioner samtidigt, hvilket giver en kumulativ effekt på bindingsspecificitet. Docking -interaktioner kan også allosterisk regulere phosphataser og dermed påvirke deres katalytiske aktivitet.

Funktioner

I modsætning til kinaser genkender og katalyserer phosphataseenzymer et bredere spektrum af substrater og reaktioner. For eksempel overstiger Ser/Thr -kinaser hos mennesker Ser/Thr -phosphataser med en faktor ti. Til en vis grad skyldes denne forskel ufuldstændig viden om det humane phosphatom , det vil sige det komplette sæt phosphataser udtrykt i en celle, væv eller organisme. Mange fosfataser mangler endnu at blive opdaget, og for talrige kendte fosfataser mangler der endnu et substrat. Blandt velstuderede phosphatase/kinasepar udviser phosphataser imidlertid større variation end deres kinase-modstykker i både form og funktion; dette kan skyldes den mindre grad af bevarelse blandt fosfataser.

Calcineurin (PP2B) er et proteinphosphataseenzym, der er involveret i immunsystemets funktion.

Proteinphosphataser

Hovedartikel: Proteinphosphatase

En proteinphosphatase er et enzym, der dephosphorylerer en aminosyrerest af dets proteinsubstrat. Mens proteinkinaser fungerer som signalmolekyler ved phosphorylerende proteiner, fjerner phosphataser phosphatgruppen, hvilket er vigtigt, hvis systemet med intracellulær signalering skal kunne nulstilles til fremtidig brug. Tandemarbejdet af kinaser og fosfataser udgør et væsentligt element i cellens regulatoriske netværk. Fosforylering (og dephosphorylering) er blandt de mest almindelige former for posttranslational modifikation i proteiner, og det anslås, at op til 30% af alle proteiner til enhver tid phosphoryleres. To bemærkelsesværdige proteinphosphataser er PP2A og PP2B. PP2A er involveret i flere regulatoriske processer, såsom DNA -replikation, metabolisme, transkription og udvikling. PP2B, også kaldet calcineurin , er involveret i spredning af T -celler ; på grund af dette er det målet for nogle lægemidler, der søger at undertrykke immunsystemet.

Nukleosider og nukleotider adskiller sig med et phosphat, som spaltes fra nukleotider af nukleotidaser.

Nukleotidaser

Hovedartikel: Nucleotidase

En nukleotidase er et enzym, der katalyserer hydrolysen af ​​et nukleotid og danner et nukleosid og en phosphation. Nukleotidaser er afgørende for cellulær homeostase , fordi de delvist er ansvarlige for at opretholde et afbalanceret forhold mellem nukleotider og nukleosider. Nogle nukleotidaser fungerer uden for cellen og skaber nukleosider, der kan transporteres ind i cellen og bruges til at regenerere nukleotider via bjærgningsveje . Inde i cellen kan nukleotidaser hjælpe med at opretholde energiniveauet under stressforhold. En celle, der er berøvet ilt og næringsstoffer, kan nedbryde flere nukleotider for at øge niveauet af nukleosidtrifosfater, såsom ATP , cellens primære energivaluta.

Ved glukoneogenese

Phosphataser kan også virke på kulhydrater , såsom mellemprodukter i glukoneogenese . Gluconeogenese er en biosyntetisk vej, hvor glucose dannes fra ikke -kulhydratforstadier; vejen er afgørende, fordi mange væv kun kan hente energi fra glukose. To phosphataser, glucose-6-phosphatase og fructose-1,6-bisphosphatase, katalyserer irreversible trin i gluconeogenese. Hver spalter en fosfatgruppe fra et seks-carbon sukkerphosphat- mellemprodukt.

Klassifikation

Inden for den større klasse af fosfatase genkender Enzymkommissionen 104 forskellige enzymfamilier. Phosphataser er klassificeret efter substratspecificitet og sekvenshomologi i katalytiske domæner. På trods af deres klassificering i over hundrede familier katalyserer alle phosphataser stadig den samme generelle hydrolysereaktion.

I in vitro-forsøg synes phosphataseenzymer at genkende mange forskellige substrater, og et substrat kan genkendes af mange forskellige phosphataser. Men når eksperimenter er blevet udført in vivo, har phosphataseenzymer vist sig at være utroligt specifikke. I nogle tilfælde kan en proteinphosphatase (dvs. en defineret ved dens genkendelse af proteinsubstrater) katalysere dephosphorylering af ikke -proteinsubstrater. Tilsvarende kan tyrosinphosphataser med dobbeltspecificitet dephosphorylere ikke kun tyrosinrester , men også serinrester . Således kan en phosphatase udvise kvaliteterne ved flere phosphatase -familier.

Se også

Referencer

eksterne links