фосфатаза

В биохимии фосфатаза фермент представляет собой , который использует воду для расщепления фосфорной кислоты моноэфира на ион фосфата и спирт . Поскольку фермент фосфатаза своего субстрата катализирует гидролиз , он относится к подкатегории гидролаз . ^[1] Ферменты фосфатазы необходимы для многих биологических функций, поскольку фосфорилирование (например, с помощью протеинкиназ ) и дефосфорилирование (с помощью фосфатаз) выполняют разнообразные роли в клеточной регуляции и передаче сигналов . ^[2] В то время как фосфатазы удаляют фосфатные группы из молекул, киназы катализируют перенос фосфатных групп к молекулам от АТФ . Вместе киназы и фосфатазы управляют формой посттрансляционной модификации , которая важна для регуляторной сети клетки. ^[3]

Ферменты фосфатазы не следует путать с ферментами фосфорилазами , которые катализируют перенос фосфатной группы от гидрофосфата к акцептору. Из-за своей распространенности в клеточной регуляции фосфатазы представляют собой область интереса для фармацевтических исследований. ^[4]^[5]

Биохимия

Фосфатазы катализируют гидролиз фосфомоноэфира , удаляя фосфатный фрагмент из субстрата. В ходе реакции вода расщепляется, при этом группа -OH присоединяется к фосфат-иону, а H+ протонирует гидроксильную группу другого продукта. Конечным результатом реакции является разрушение фосфомоноэфира и создание как фосфат-иона, так и молекулы со свободной гидроксильной группой. ^[4]

Фосфатазы способны с большой специфичностью дефосфорилировать, казалось бы, разные участки своих субстратов. первый сравнительный анализ всех протеинфосфатаз, кодируемых в девяти эукариот . «фосфатомных» геномах Идентификация «кода фосфатазы», то есть механизмов и правил, которые управляют распознаванием субстратов фосфатаз, все еще находится в стадии разработки, но теперь доступен ^[6] Исследования показывают, что так называемые «стыковочные взаимодействия» играют значительную роль в связывании субстрата. ^[3] Фосфатаза распознает различные мотивы (элементы вторичной структуры) на своем субстрате и взаимодействует с ними; эти мотивы с низким сродством связываются с сайтами стыковки фосфатазы, которые не содержатся в ее активном сайте . Хотя каждое отдельное стыковочное взаимодействие является слабым, 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]

Функции

В отличие от киназ, ферменты фосфатазы распознают и катализируют более широкий спектр субстратов и реакций. Например, у людей количество киназ Ser/Thr превышает количество фосфатаз Ser/Thr в десять раз. ^[4] В некоторой степени это несоответствие является результатом неполного знания фосфатома человека , то есть полного набора фосфатаз, экспрессируемых в клетке, ткани или организме. ^[3] Многие фосфатазы еще предстоит открыть, а для многих известных фосфатаз еще не идентифицирован субстрат. Однако среди хорошо изученных пар фосфатаза/киназа фосфатазы демонстрируют большее разнообразие, чем их аналоги киназы, как по форме, так и по функциям; это может быть результатом меньшей степени консервативности фосфатаз. ^[4]

Кальцинеурин (PP2B) представляет собой фермент протеинфосфатазу, участвующий в функционировании иммунной системы.

Отличия

Фосфатазы не следует путать с фосфорилазами , которые добавляют фосфатные группы.

Имя	Сорт	Реакция	Примечания
фосфорилаза	Трансфераза (ЕС 2.4, 2.7.7)	A−B + H− OP ⇌ A− OP + H−B	группа передачи = A = гликозильная / нуклеотидильная группа
фосфатаза	Гидролаза (ЭК 3)	P -B + H-OH ⇌ P- OH + H-B
Киназа	Трансфераза (ЕС 2.7.1-2.7.4)	P −B + H−A ⇌ P −A + H−B	группа передачи = P
P = фосфонатная группа, OP = фосфатная группа, H- OP или P -OH = неорганический фосфат

Протеинфосфатазы

Протеинфосфатаза — это фермент , который дефосфорилирует аминокислотный остаток своего белкового субстрата. В то время как протеинкиназы действуют как сигнальные молекулы путем фосфорилирования белков, фосфатазы удаляют фосфатную группу, что важно для того, чтобы система внутриклеточной передачи сигналов могла перенастроиться для будущего использования. Тандемная работа киназ и фосфатаз представляет собой 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 до 30% всех белков фосфорилируются. ^[10]^[11]Двумя известными протеинфосфатазами являются PP2A и PP2B. PP2A участвует во многих регуляторных процессах, 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]

Нуклеотидазы

Нуклеотидаза с — фермент, катализирующий гидролиз нуклеотида образованием нуклеозида и фосфат-иона. ^[12] Нуклеотидазы необходимы для клеточного гомеостаза , поскольку они частично ответственны 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 посредством путей спасения . ^[14] Внутри клетки нуклеотидазы могут помочь поддерживать уровень энергии в условиях стресса. Клетка, лишенная кислорода и питательных веществ, может катаболизировать больше нуклеотидов, повышая уровень нуклеозидтрифосфатов, таких как АТФ , основной энергетической валюты клетки. ^[15]

В глюконеогенезе

Фосфатазы могут также действовать на углеводы , например, на промежуточные продукты глюконеогенеза . Глюконеогенез — это путь биосинтеза , при котором глюкоза создается из неуглеводных предшественников; этот путь важен, 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] Каждый отщепляет фосфатную группу от шестиуглеродного промежуточного сахарофосфата .

Классификация

В пределах более широкого 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 на 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 эксперименты, проведенные in vivo, показали, что ферменты фосфатазы невероятно специфичны. ^[3] В некоторых случаях протеинфосфатаза (т.е. определенная по распознаванию белковых субстратов) может катализировать дефосфорилирование небелковых субстратов. ^[4] Аналогично тирозинфосфатазы с двойной специфичностью могут дефосфорилировать не только остатки тирозина , но и серина остатки . Таким образом, одна фосфатаза может проявлять качества нескольких семейств фосфатаз. ^[9]

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б «ФЕРМЕНТ: 3.1.3.-» . энзим.expasy.org . Проверено 21 февраля 2017 г.
^ Либерти, Сюзанна; Сакко, Франческа; Кальдероне, Альберто; Прекрасно, Ливия; Яннучелли, Марта; Панни, Симона; Сантонико, Елена; Пальма, Анита; Нардоцца, Аурелио П. (1 января 2013 г.). «HuPho: портал фосфатазы человека» (PDF) . Журнал ФЭБС . 280 (2): 379–387. дои : 10.1111/j.1742-4658.2012.08712.x . ПМИД 22804825 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Сакко, Франческа; Прекрасно, Ливия; Кастаньоли, Луиза; Чезарени, Джанни (14 августа 2012 г.). «Интерактом фосфатазы человека: сложный семейный портрет» . Письма ФЭБС . 586 (17): 2732–2739. doi : 10.1016/j.febslet.2012.05.008 . ПМЦ 3437441 . ПМИД 22626554 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Ли, Сюнь; Вильманс, Матиас; Торнтон, Джанет; Кён, Майя (14 мая 2013 г.). «Изучение сетей фосфатаза-субстрат человека». Научная сигнализация . 6 (275): 10 сс. дои : 10.1126/scisignal.2003203 . ПМИД 23674824 . S2CID 19282957 .
^ Боденмиллер, Бернд; Ванка, Стефани; Крафт, Клодин; Урбан, Йорг; Кэмпбелл, Дэвид; Педриоли, Патрик Г.; Герритс, Бертран; Пикотти, Паола ; Лам, Генри (21 декабря 2010 г.). «Фосфопротеомный анализ выявляет взаимосвязанные общесистемные реакции на нарушения киназ и фосфатаз в дрожжах» . Научная сигнализация . 3 (153): сс4. дои : 10.1126/scisignal.2001182 . ПМЦ 3072779 . ПМИД 21177495 .
^ Чен, Марк Дж.; Диксон, Джек Э.; Мэннинг, Джерард (11 апреля 2017 г.). «Геномика и эволюция протеинфосфатаз». наук. Сигнал . 10 (474): eaag1796. doi : 10.1126/scisignal.aag1796 . ISSN 1945-0877 . ПМИД 28400531 . S2CID 41041971 .
^ Рой, Джагори; Саерт, Марта С. (08 декабря 2009 г.). «Взлом кода фосфатазы: стыковочные взаимодействия определяют специфичность субстрата». Научная сигнализация . 2 (100): Лe9. дои : 10.1126/scisignal.2100re9 . ПМИД 19996458 . S2CID 20590354 .
^ Ремени, Аттила; Хорошо, Мэтью С; Лим, Венделл А. (1 декабря 2006 г.). «Стыковочные взаимодействия в сетях протеинкиназ и фосфатаз». Современное мнение в области структурной биологии . Катализ и регуляция / Белки. 16 (6): 676–685. дои : 10.1016/j.sbi.2006.10.008 . ПМИД 17079133 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Г., Воэт, Юдит; В., Пратт, Шарлотта (1 января 2013 г.). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне . Уайли. ISBN 9781118129180 . OCLC 892195795 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Коэн, Филип (1 мая 2002 г.). «Происхождение фосфорилирования белков». Природная клеточная биология . 4 (5): Е127–130. дои : 10.1038/ncb0502-e127 . ISSN 1465-7392 . ПМИД 11988757 . S2CID 29601670 .
^ Тонкс, Николас К. (2006). «Белковые тирозинфосфатазы: от генов к функциям и болезням». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 7 (11): 833–846. дои : 10.1038/nrm2039 . ПМИД 17057753 . S2CID 1302726 .
^ «ЭНЗИМНАЯ запись 3.1.3.31» . энзим.expasy.org . Проверено 21 марта 2017 г.
^ Бьянки, В; Понтис, Э; Райхард, П. (1986). «Взаимосвязь между субстратными циклами и синтезом de novo пиримидиндезоксирибонуклеозидтрифосфатов в клетках 3Т6» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 83 (4): 986–990. Бибкод : 1986PNAS...83..986B . дои : 10.1073/pnas.83.4.986 . ПМК 322995 . ПМИД 3456577 .
^ Циммерманн, Герберт; Зебиш, Матиас; Стретер, Норберт (1 сентября 2012 г.). «Клеточная функция и молекулярная структура эктонуклеотидаз» . Пуринергическая сигнализация . 8 (3): 437–502. дои : 10.1007/s11302-012-9309-4 . ISSN 1573-9538 . ПМК 3360096 . ПМИД 22555564 .
^ Хансакер, Салли Энн; Митчелл, Беверли С.; Спыхала, Йозеф (1 июля 2005 г.). «5'-нуклеотидазы как регуляторы метаболизма нуклеотидов и лекарств». Фармакология и терапия . 107 (1): 1–30. doi : 10.1016/j.pharmthera.2005.01.003 . ISSN 0163-7258 . ПМИД 15963349 .
^ «ЭНЗИМНАЯ запись 3.1.3.9» . энзим.expasy.org . Проверено 21 марта 2017 г.
^ «ЭНЗИМНАЯ запись 3.1.3.11» . энзим.expasy.org . Проверено 21 марта 2017 г.

Внешние ссылки

Фосфатазы Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б «ФЕРМЕНТ: 3.1.3.-» . энзим.expasy.org . Проверено 21 февраля 2017 г.

[2] Либерти, Сюзанна; Сакко, Франческа; Кальдероне, Альберто; Прекрасно, Ливия; Яннучелли, Марта; Панни, Симона; Сантонико, Елена; Пальма, Анита; Нардоцца, Аурелио П. (1 января 2013 г.). «HuPho: портал фосфатазы человека» (PDF) . Журнал ФЭБС . 280 (2): 379–387. дои : 10.1111/j.1742-4658.2012.08712.x . ПМИД 22804825 .

[:3-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Сакко, Франческа; Прекрасно, Ливия; Кастаньоли, Луиза; Чезарени, Джанни (14 августа 2012 г.). «Интерактом фосфатазы человека: сложный семейный портрет» . Письма ФЭБС . 586 (17): 2732–2739. doi : 10.1016/j.febslet.2012.05.008 . ПМЦ 3437441 . ПМИД 22626554 .

[:1-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и Ли, Сюнь; Вильманс, Матиас; Торнтон, Джанет; Кён, Майя (14 мая 2013 г.). «Изучение сетей фосфатаза-субстрат человека». Научная сигнализация . 6 (275): 10 сс. дои : 10.1126/scisignal.2003203 . ПМИД 23674824 . S2CID 19282957 .

[5] Боденмиллер, Бернд; Ванка, Стефани; Крафт, Клодин; Урбан, Йорг; Кэмпбелл, Дэвид; Педриоли, Патрик Г.; Герритс, Бертран; Пикотти, Паола ; Лам, Генри (21 декабря 2010 г.). «Фосфопротеомный анализ выявляет взаимосвязанные общесистемные реакции на нарушения киназ и фосфатаз в дрожжах» . Научная сигнализация . 3 (153): сс4. дои : 10.1126/scisignal.2001182 . ПМЦ 3072779 . ПМИД 21177495 .

[6] Чен, Марк Дж.; Диксон, Джек Э.; Мэннинг, Джерард (11 апреля 2017 г.). «Геномика и эволюция протеинфосфатаз». наук. Сигнал . 10 (474): eaag1796. doi : 10.1126/scisignal.aag1796 . ISSN 1945-0877 . ПМИД 28400531 . S2CID 41041971 .

[7] Рой, Джагори; Саерт, Марта С. (08 декабря 2009 г.). «Взлом кода фосфатазы: стыковочные взаимодействия определяют специфичность субстрата». Научная сигнализация . 2 (100): Лe9. дои : 10.1126/scisignal.2100re9 . ПМИД 19996458 . S2CID 20590354 .

[8] Ремени, Аттила; Хорошо, Мэтью С; Лим, Венделл А. (1 декабря 2006 г.). «Стыковочные взаимодействия в сетях протеинкиназ и фосфатаз». Современное мнение в области структурной биологии . Катализ и регуляция / Белки. 16 (6): 676–685. дои : 10.1016/j.sbi.2006.10.008 . ПМИД 17079133 .

[:2-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Г., Воэт, Юдит; В., Пратт, Шарлотта (1 января 2013 г.). Основы биохимии: жизнь на молекулярном уровне . Уайли. ISBN 9781118129180 . OCLC 892195795 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[10] Коэн, Филип (1 мая 2002 г.). «Происхождение фосфорилирования белков». Природная клеточная биология . 4 (5): Е127–130. дои : 10.1038/ncb0502-e127 . ISSN 1465-7392 . ПМИД 11988757 . S2CID 29601670 .

[11] Тонкс, Николас К. (2006). «Белковые тирозинфосфатазы: от генов к функциям и болезням». Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 7 (11): 833–846. дои : 10.1038/nrm2039 . ПМИД 17057753 . S2CID 1302726 .

[12] «ЭНЗИМНАЯ запись 3.1.3.31» . энзим.expasy.org . Проверено 21 марта 2017 г.

[13] Бьянки, В; Понтис, Э; Райхард, П. (1986). «Взаимосвязь между субстратными циклами и синтезом de novo пиримидиндезоксирибонуклеозидтрифосфатов в клетках 3Т6» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 83 (4): 986–990. Бибкод : 1986PNAS...83..986B . дои : 10.1073/pnas.83.4.986 . ПМК 322995 . ПМИД 3456577 .

[14] Циммерманн, Герберт; Зебиш, Матиас; Стретер, Норберт (1 сентября 2012 г.). «Клеточная функция и молекулярная структура эктонуклеотидаз» . Пуринергическая сигнализация . 8 (3): 437–502. дои : 10.1007/s11302-012-9309-4 . ISSN 1573-9538 . ПМК 3360096 . ПМИД 22555564 .

[15] Хансакер, Салли Энн; Митчелл, Беверли С.; Спыхала, Йозеф (1 июля 2005 г.). «5'-нуклеотидазы как регуляторы метаболизма нуклеотидов и лекарств». Фармакология и терапия . 107 (1): 1–30. doi : 10.1016/j.pharmthera.2005.01.003 . ISSN 0163-7258 . ПМИД 15963349 .

[16] «ЭНЗИМНАЯ запись 3.1.3.9» . энзим.expasy.org . Проверено 21 марта 2017 г.

[17] «ЭНЗИМНАЯ запись 3.1.3.11» . энзим.expasy.org . Проверено 21 марта 2017 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

v т и Ферменты
Activity	Active site Binding site Catalytic triad Oxyanion hole Enzyme promiscuity Diffusion-limited enzyme Cofactor Enzyme catalysis
Regulation	Allosteric regulation Cooperativity Enzyme inhibitor Enzyme activator
Classification	EC number Enzyme superfamily Enzyme family List of enzymes
Kinetics	Enzyme kinetics Eadie–Hofstee diagram Hanes–Woolf plot Lineweaver–Burk plot Michaelis–Menten kinetics
Types	EC1 Oxidoreductases (list) EC2 Transferases (list) EC3 Hydrolases (list) EC4 Lyases (list) EC5 Isomerases (list) EC6 Ligases (list) EC7 Translocases (list)