В биохимии фосфатаза — это фермент , который использует воду для расщепления моноэфира фосфорной кислоты на фосфат-ион и спирт. Поскольку фермент фосфатаза катализирует гидролиз своего субстрата , он является подкатегорией гидролаз . [ 1 ] Ферменты фосфатазы необходимы для многих биологических функций, поскольку фосфорилирование (например, протеинкиназами ) и дефосфорилирование (фосфатазами) выполняют различные функции в клеточной регуляции и сигнализации . [2] В то время как фосфатазы удаляют фосфатные группы из молекул, киназы катализируют перенос фосфатных групп на молекулы из АТФ . Вместе киназы и фосфатазы направляют форму посттрансляционной модификации , которая необходима для регуляторной сети клетки. [3]
Ферменты фосфатазы не следует путать с ферментами фосфорилазы , которые катализируют перенос фосфатной группы от фосфата водорода к акцептору. Благодаря своей распространенности в клеточной регуляции, фосфатазы представляют интерес для фармацевтических исследований. [4] [5]
Фосфатазы катализируют гидролиз фосфомоноэфира , удаляя фосфатную часть из субстрата. Вода расщепляется в реакции, при этом группа -ОН присоединяется к фосфатному иону, а H+ протонирует гидроксильную группу другого продукта. Конечным результатом реакции является разрушение фосфомоноэфира и создание как фосфатного иона, так и молекулы со свободной гидроксильной группой. [4]
Фосфатазы способны дефосфорилировать, казалось бы, разные сайты на своих субстратах с большой специфичностью. Определение «кода фосфатазы», то есть механизмов и правил, которые управляют распознаванием субстрата для фосфатаз, все еще находится в процессе разработки, но первый сравнительный анализ всех белковых фосфатаз, закодированных в девяти эукариотических геномах «фосфатома», уже доступен. [6] Исследования показывают, что так называемые «стыковочные взаимодействия» играют важную роль в связывании субстрата. [3] Фосфатаза распознает и взаимодействует с различными мотивами (элементами вторичной структуры) на своем субстрате; эти мотивы связываются с низким сродством с сайтами стыковки на фосфатазе, которые не содержатся в ее активном сайте . Хотя каждое отдельное стыковочное взаимодействие слабое, многие взаимодействия происходят одновременно, оказывая кумулятивный эффект на специфичность связывания. [7] Стыковочные взаимодействия также могут аллостерически регулировать фосфатазы и, таким образом, влиять на их каталитическую активность. [8]
В отличие от киназ, ферменты фосфатазы распознают и катализируют более широкий спектр субстратов и реакций. Например, у людей Ser/Thr-киназы превосходят Ser/Thr-фосфатазы в десять раз. [4] В некоторой степени это несоответствие является результатом неполного знания человеческого фосфатома , то есть полного набора фосфатаз, экспрессируемых в клетке, ткани или организме. [3] Многие фосфатазы еще не открыты, и для многочисленных известных фосфатаз субстрат еще не идентифицирован. Однако среди хорошо изученных пар фосфатаза/киназа фосфатазы демонстрируют большее разнообразие, чем их аналоги киназы, как по форме, так и по функции; это может быть результатом меньшей степени консервативности среди фосфатаз. [4]
Фосфатазы не следует путать с фосфорилазами , которые добавляют фосфатные группы.
Протеинфосфатаза — это фермент, который дефосфорилирует аминокислотный остаток своего белкового субстрата. В то время как протеинкиназы действуют как сигнальные молекулы, фосфорилируя белки, фосфатазы удаляют фосфатную группу, что необходимо, если система внутриклеточной сигнализации должна иметь возможность перезапуска для будущего использования. Тандемная работа киназ и фосфатаз составляет важный элемент регуляторной сети клетки. [ 9] Фосфорилирование (и дефосфорилирование) является одним из наиболее распространенных способов посттрансляционной модификации белков, и, по оценкам, в любой момент времени фосфорилируется до 30% всех белков. [10] [11] Две известные протеинфосфатазы — PP2A и PP2B. PP2A участвует во множестве регуляторных процессов, таких как репликация ДНК, метаболизм, транскрипция и развитие. PP2B, также называемый кальциневрином , участвует в пролиферации Т-клеток ; Из-за этого он является мишенью некоторых лекарств, направленных на подавление иммунной системы. [9]
Нуклеотидаза — это фермент, катализирующий гидролиз нуклеотида , образуя нуклеозид и фосфатный ион. [12] Нуклеотидазы необходимы для клеточного гомеостаза , поскольку они частично отвечают за поддержание сбалансированного соотношения нуклеотидов и нуклеозидов. [13] Некоторые нуклеотидазы функционируют вне клетки, создавая нуклеозиды, которые могут транспортироваться в клетку и использоваться для регенерации нуклеотидов через пути спасения . [14] Внутри клетки нуклеотидазы могут помогать поддерживать уровень энергии в условиях стресса. Клетка, лишенная кислорода и питательных веществ, может катаболизировать больше нуклеотидов, чтобы повысить уровень нуклеозидтрифосфатов, таких как АТФ , основной энергетической валюты клетки. [15]
Фосфатазы также могут действовать на углеводы , такие как промежуточные продукты глюконеогенеза . Глюконеогенез — это биосинтетический путь, в котором глюкоза создается из неуглеводных предшественников; этот путь необходим, поскольку многие ткани могут получать энергию только из глюкозы. [9] Две фосфатазы, глюкозо-6-фосфатаза и фруктозо-1,6-бисфосфатаза, катализируют необратимые этапы глюконеогенеза. [16] [17] Каждая из них отщепляет фосфатную группу от шестиуглеродного промежуточного сахарофосфата .
В рамках более крупного класса фосфатаз Комиссия по ферментам выделяет 104 различных семейства ферментов. Фосфатазы классифицируются по субстратной специфичности и гомологии последовательностей в каталитических доменах. [3] Несмотря на их классификацию в более чем сто семейств, все фосфатазы по-прежнему катализируют одну и ту же общую реакцию гидролиза. [1]
В экспериментах in vitro ферменты фосфатазы, по-видимому, распознают множество различных субстратов, и один субстрат может распознаваться многими различными фосфатазами. Однако, когда эксперименты проводились in vivo, было показано, что ферменты фосфатазы невероятно специфичны. [3] В некоторых случаях протеинфосфатаза (т. е. та, которая определяется по ее распознаванию белковых субстратов) может катализировать дефосфорилирование небелковых субстратов. [4] Аналогично, тирозинфосфатазы с двойной специфичностью могут дефосфорилировать не только остатки тирозина , но и остатки серина . Таким образом, одна фосфатаза может проявлять качества нескольких семейств фосфатаз. [9]
{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)