Fosfatase - Phosphatase

En ball og pinne -modell av et fosfatanion.

I biokjemi , en fosfatase er et enzym som bruker vann for å spalte en fosforsyremonoester i en fosfat -ion og en alkohol . Fordi et fosfatase-enzym katalyserer den hydrolysen av dets substrat , er det en underkategori av hydrolaser . Fosfataseenzymer er avgjørende for mange biologiske funksjoner, fordi fosforylering (f.eks. Ved proteinkinaser ) og defosforylering (ved fosfataser) har forskjellige roller i cellulær regulering og signalering . Mens fosfataser fjerner fosfatgrupper fra molekyler, katalyserer kinaser overføringen av fosfatgrupper til molekyler fra ATP . Sammen leder kinaser og fosfataser en form for posttranslasjonell modifikasjon som er avgjørende for cellens regulatoriske nettverk.

Fosfataseenzymer skal ikke forveksles med fosforylaseenzymer , som katalyserer overføringen av en fosfatgruppe fra hydrogenfosfat til en akseptor. På grunn av deres utbredelse i mobilregulering, er fosfataser et område av interesse for farmasøytisk forskning.

Biokjemi

Den generelle reaksjonen katalysert av et fosfataseenzym

Fosfataser katalyserer den hydrolysen av en phosphomonoester, fjerning av en fosfatgruppe fra substratet. Vann deles i reaksjonen, med -OH -gruppen festet til fosfationen, og H+ protonerer hydroksylgruppen til det andre produktet. Netto resultat av reaksjonen er ødeleggelsen av en fosfomonoester og dannelsen av både et fosfation og et molekyl med en fri hydroksylgruppe.

Fosfataser er i stand til å defosforylere tilsynelatende forskjellige steder på sine underlag med stor spesifisitet. Identifisering av "fosfatasekoden", det vil si mekanismene og reglene som styrer substratgjenkjenning for fosfataser, er fremdeles et pågående arbeid, men den første komparative analysen av alle proteinfosfatasene som er kodet for ni eukaryote "fosfatome" genomer er nå tilgjengelig. Studier viser at såkalte "dokkinginteraksjoner" spiller en vesentlig rolle i substratbinding. En fosfatase gjenkjenner og samhandler med forskjellige motiver (elementer av sekundær struktur) på underlaget; disse motivene binder med lav affinitet til forankringssteder på fosfatasen, som ikke er inneholdt i det aktive stedet . Selv om hver enkelt dokkinginteraksjon er svak, oppstår mange interaksjoner samtidig, noe som gir en kumulativ effekt på bindingsspesifisitet. Dockinginteraksjoner kan også allosterisk regulere fosfataser og dermed påvirke deres katalytiske aktivitet.

Funksjoner

I motsetning til kinaser gjenkjenner og katalyserer fosfataseenzymer et bredere utvalg av substrater og reaksjoner. For eksempel er Ser/Thr -kinaser hos mennesker flere enn Ser/Thr -fosfataser med en faktor ti. Til en viss grad skyldes denne forskjellen ufullstendig kunnskap om det menneskelige fosfatomet , det vil si det komplette settet med fosfataser uttrykt i en celle, vev eller organisme. Mange fosfataser har ennå ikke blitt oppdaget, og for mange kjente fosfataser har et substrat ennå ikke blitt identifisert. Blant godt studerte fosfatase/kinasepar viser fosfataser imidlertid større variasjon enn kinas-motstykkene i både form og funksjon; dette kan skyldes den mindre konserveringsgraden blant fosfataser.

Calcineurin (PP2B) er et proteinfosfataseenzym som er involvert i immunsystemets funksjon.

Proteinfosfataser

Hovedartikkel: Proteinfosfatase

En proteinfosfatase er et enzym som defosforylerer en aminosyrerest i proteinsubstratet. Mens proteinkinaser fungerer som signalmolekyler ved fosforylering av proteiner, fjerner fosfataser fosfatgruppen, noe som er avgjørende for at systemet med intracellulær signalering skal kunne resettes for fremtidig bruk. Tandemarbeidet til kinaser og fosfataser utgjør et vesentlig element i cellens regulatoriske nettverk. Fosforylering (og defosforylering) er blant de vanligste metodene for posttranslasjonell modifikasjon i proteiner, og det anslås at til enhver tid er opptil 30% av alle proteiner fosforylerte. To bemerkelsesverdige proteinfosfataser er PP2A og PP2B. PP2A er involvert i flere regulatoriske prosesser, for eksempel DNA -replikasjon, metabolisme, transkripsjon og utvikling. PP2B, også kalt calcineurin , er involvert i spredning av T -celler ; på grunn av dette er det målet for noen legemidler som søker å undertrykke immunsystemet.

Nukleosider og nukleotider er forskjellige med ett fosfat, som spaltes fra nukleotider av nukleotidaser.

Nukleotidaser

Hovedartikkel: Nukleotidase

En nukleotidase er et enzym som katalyserer hydrolysen av et nukleotid og danner et nukleosid og et fosfation. Nukleotidaser er avgjørende for cellulær homeostase , fordi de er delvis ansvarlige for å opprettholde et balansert forhold mellom nukleotider og nukleosider. Noen nukleotidaser fungerer utenfor cellen, og skaper nukleosider som kan transporteres inn i cellen og brukes til å regenerere nukleotider via bergingsveier . Inne i cellen kan nukleotidaser bidra til å opprettholde energinivået under stressforhold. En celle som er fratatt oksygen og næringsstoffer, kan katabolisere flere nukleotider for å øke nivåene av nukleosidtrifosfater som ATP , cellens primærenergivaluta.

Ved glukoneogenese

Fosfataser kan også virke på karbohydrater , for eksempel mellomprodukter i glukoneogenese . Glukoneogenese er en biosyntetisk vei der glukose dannes fra ikke -karbohydratforløpere; banen er viktig fordi mange vev bare kan hente energi fra glukose. To fosfataser, glukose-6-fosfatase og fruktose-1,6-bisfosfatase, katalyserer irreversible trinn i glukoneogenesen. Hver spalter en fosfatgruppe fra et seks-karbon sukkerfosfat- mellomprodukt.

Klassifisering

Innenfor større klasse av fosfatase, den Enzyme Commission gjenkjenner 104 forskjellige enzym familier. Fosfataser er klassifisert etter substratspesifisitet og sekvenshomologi i katalytiske domener. Til tross for at de er klassifisert i over hundre familier, katalyserer alle fosfataser fremdeles den samme generelle hydrolysereaksjonen.

I in vitro-eksperimenter ser det ut til at fosfataseenzymer gjenkjenner mange forskjellige substrater, og ett substrat kan gjenkjennes av mange forskjellige fosfataser. Imidlertid, når eksperimenter har blitt utført in vivo, har fosfataseenzymer vist seg å være utrolig spesifikke. I noen tilfeller kan en proteinfosfatase (dvs. en definert av dens gjenkjenning av proteinsubstrater) katalysere defosforyleringen av ikke -proteinsubstrater. På samme måte kan tyrosinfosfataser med to spesifisitet defosforylere ikke bare tyrosinrester , men også serinrester . Således kan en fosfatase vise egenskapene til flere fosfatasefamilier.

Se også

Referanser

Eksterne linker