biotechnologia


 
 

Fosfatazy

Fosfatazy (ang. phosphatases; EC 3.1.3) są enzymami należącymi do klasy hydrolaz i katalizującymi rozkład monoestrów kwasu fosforowego. Są one szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i produkowane zarówno przez organizmy zwierzęce, roślinne, jak i drobnoustroje. Niektóre z nich znalazły zastosowanie w diagnostyce klinicznej i w przemyśle.


Numer EC


Wszystkie enzymy posiadają tzw. numery EC (ang. Enzyme Commission lub Enzyme Catalogue), przypisane im przez Komitet Nazewnictwa Międzynarodowej Unii Biochemii i Biologii Molekularnej. Fosfatazom przypisano numer EC 3.1.3, to znaczy, że należą one do klasy hydrolaz i podklasy esteraz.



Rys.1. Miejsce fosfataz w klasyfikacji enzymów

Charakterystyka wybranych enzymów z podpodklasy hydrolaz monoestrów fosforanowych


EC 3.1.3.1 alkaliczna fosfataza (ang. alkaline phosphatase, ALP)

Katalizowana reakcja: monoester fosforanowy + H2O = alkohol + Pi

Alakliczne fosfatazy są ektoenzymami (tzn. zawierają centrum aktywne zwrócone na zewnątrz komórki), związanymi z błoną za pośrednictwem glikozylofosfatydyloinozytolu (ang. glycosylphosphatidylinositol, GPI). Swoją nazwę zawdzięczają temu, że działają w warunkach wysokiego pH (pH 8-10).

Wśród ludzkich ALP wyróżnić można cztery podstawowe typy:

• fosfatazy tkankowo-niespecyficzne (ang. tissue-nonspeccific alkaline phosphatase, TNAP) zwane inaczej LBK (ang. liver/bone/kidney type), które ulegają ekspresji na błonie komórkowej hipertroficznych chondrocytów, osteoblastów, a także są skoncentrowane na membranach odrywających się od komórki pęcherzyków;
• fosfatazy jelitowe (ang. intestinal alkaline phosphatase);
• fosfatazy łożyskowe (ang. placental alkaline phosphatase, PNAP);
• fosfatazy związane z komórkami rozrodczymi (ang. germ cell alkaline phosphatase).

Pomiary surowiczej alkalicznej fosfatazy wykonuje się w przypadku chorób wątroby i dróg żółciowych (zapalenie wątroby, rak, marskość, niedrożność dróg żółciowych zewnątrzwątrobowych) oraz chorób kości związanych ze zwiększoną aktywnością osteoblastów (choroba Pageta, nadczynność przytarczyc, krzywice dziecięce z niedoboru witaminy D, rak z przerzutami do kości).

Ich prawidłowa aktywność wynosi 580-1400 nmol/l/s ( 35-84 j.m.), przy czym w surowicy osób dorosłych przeważają izoenzymy wątrobowe, natomiast u dzieci - izoenzymy pochodzenia kostnego.


EC 3.1.3.2 kwaśna fosfataza (ang. acid phosphatase, AP)

Katalizowana reakcja: monoester fosforanowy + H2O = alkohol + Pi

Ta grupa enzymów posiada zdolność do hydrolizowania monomerów ortofosforanu w kwaśnym pH (pH 4-6). Charakteryzuje się także niską specyficznością w stosunku do substratu.

Ludzkie AP można podzielić na kilka odrębnych typów, różniących się między sobą m.in. masą cząsteczkową, homologią aminokwasów, długością sekwencji oraz odpornością na L+ winian i fluorek. Enzymy te występują zazwyczaj w niskich stężeniach i są zlokalizowane w różnych tkankach organizmu. Wyraźne zmiany w tempie ich syntezy występują w przypadku niektórych stanów chorobowych. Dzięki tej właściwości, kwaśne fosfatazy mogą być stosowane jako serologiczne i tkankowe markery pewnych chorób.



Tab.1. Charakterystyka poszczególnych lizoform ludzkiej kwaśnej fosfatazy.


Prawidłowa aktywność surowiczej AP wynosi 30-90 nmol/l/s (1,8-5,4 j.m.). Około 60% aktywności tego enzymu pochodzi od izoenzymu gruczołu krokowego.


Tab. 2. Kliniczne znaczenie poszczególnych izoenzymów kwaśnej fosfatazy.


EC 3.1.3.3 fosfataza fosfoserynowa (ang. phosphoserine phosphatase, PSP)

Katalizowana reakcja: O-fosfo-L(lub D)-seryna + H2O = L(lub D)-seryna + Pi

Podstawową rolą tego enzymu jest synteza seryny, czyli aminokwasu wchodzącego w skład białek oraz biorącego udział w przekazywaniu sygnałów między komórkami. PSP jest również obecna w proliferujacych progenitorowych komórkach nerwowych oraz w zarodkowych i krwiotwórczych komórkach macierzystych.


EC 3.1.3.4 fosfataza fosfatydowa (ang. phosphatidate phosphatase, PAP)

Katalizowana reakcja: 3-fosforan 1,2-diacyloglicerolu + H2O = 1,2-diacyloglicerol + Pi

Po raz pierwszy enzym ten został wykryty w 1957 r. w tkankach zwierzęcych badanych przez Kennedy’ego i jego współpracowników. Dalsze analizy wykazały, że pełni on kluczową rolę w procesach metabolizmu lipidów i fizjologii komórki. Kodujący go gen (PAH1, znany wcześniej jako SMP2) odkryto dopiero w 2006 r. u drożdzy Saccharomyces cerevisiae, a poznanie jego sekwencji pozwoliło zakwalifikować do tej grupy enzymów również ssacze lipiny, kodowane przez Lpin1, Lpin2 i Lpin3.

Działanie PAP jest uzależnione od obecności jonów Mg2+. Produkt katalizowanej reakcji -1,2-diacyloglicerol (DAG), służy do syntezy niektórych fosfolipidów, takich jak fosfatydyloetanolamina (PE) i fosfatydylocholina (PC) (tzw. szlak Kennedy’ego) oraz triacylgliceroli (TAG). DAG aktywuje również kinazę C (ang. protein kinase C, PKC), przez co uczestniczy w indukcji komórkowych szlaków sygnałowych.

Aktywność PAP odgrywa także ważną rolę podczas regulacji syntezy błonowych fosfolipidów przez CDP-DAG (cytydynodifosfo (CDP) diacyloglicerol).



Rys. 2. Rola PAP w syntezie lipidów i indukcji szlaków sygnałowych u drożdży. Enzymem działającym przeciwnie do PAP jest kinaza DAG (ang. DGK1-encoded DAG kinase, w skrócie DGK).

EC 3.1.3.5 5’-nukleotydaza (ang. 5’-nucleotidase)

Katalizowana reakcja: 5’- rybonukleotyd + H2O = rybonukleozyd + Pi

Enzym ten cechuje się szeroką specyficznością względem 5’- nukleotydów. U ssaków wyróżnić można kilka jego izoform.



Tab. 3. Ssacze izoformy 5’-nukleotydazy.


Oznaczanie aktywności surowiczej 5’-nukleotydazy wykorzystywane jest podczas diagnozowania takich chorób jak ostre lub przewlekłe zapalenie wątroby, nowotwory oraz żółtaczka mechaniczna. Prawidłowa aktywność 5'-nukleotydazy wynosi 0,6 - 4,2 nmol/l/s.

EC 3.1.3.8 3-fitaza (ang. 3-phytase)

Katalizowana reakcja:
myo-inozytol heksakisfosforan + H2O = 1D-myo-inozytol 1,2,4,5,6-pentakisfosforan + Pi

Terminem fitazy (ang. phytase) określa się grupę fosfataz uwalniających co najmniej jedną resztę fosforanową z kwasu fitynowego (ang. phytic amid, PA), czyli heksafosforanu inozytolu. Wyróżnia się 3-fitazę, 4-fitazę (ang. 4-phytase; EC 3.1.3.26) oraz 5-fitazę (ang. 5-phytase; EC 3.1.3.72), które defosforylują różne pozycje na pierścieniu inozytolowym PA. Enzymy te różnią się między sobą także mechanizmem działania i zakresem optymalnego pH.

Kwas fitynowy tworzy zrąb strukturalny fityny, czyli substancji pochodzenia roślinnego, wiążącej fosfor, inozytol oraz kationy metali. Ogranicza ona dostępność korzystnych związków w nieskiełkowanym ziarnie i z tego powodu stanowi jeden z najważniejszych składników antyżywieniowych.

Produkcja fitazy jest bardzo szybko rozwijającą się gałęzią przemysłu enzymatycznego, która znalazła zastosowanie m.in. w produkcji pasz przeznaczonych dla trzody chlewnej i kurcząt. Zwierzęta te nie syntetyzują własnej fitazy, przez co hydroliza kwasu fitowego, przebiegająca w ich jelitach, uzależniona jest od obecności grzybowych i bakteryjnych enzymów lub też odbywa się na drodze nieenzymatycznej, tzn. z udziałem kwaśnego środowiska. Pasze bez dodatku fitazy charakteryzują się niską przyswajalnością fosforu i minerałów kompleksowanych przez fitynian.



Rys. 3. Kwas fitynowy.

EC 3.1.3.9 glukozo-6-fosfataza (ang. glucose-6-phosphatase)

Katalizowana reakcja: D-glukozo-6-fosforan + H2O = D-glukoza + Pi

Glukozo-6-fosfataza jest enzymem błonowym związanym z retikulum endoplazmatycznym. Powszechnie występuje w tkankach zwierzęcych, głownie w wątrobie i w nerkach, gdzie rozkłada glukozo-6-fosforan (Glc-6-P) kluczowy produkt procesów glukoneogenezy i glikogenolizy. Uwalniana do krwioobiegu glukoza stanowi niekompetytywny inhibitor tego enzymu.

EC 3.1.3.16 fosfataza fosfoproteinowa (ang. phosphoprotein phosphatase)

Katalizowana reakcja: fosfoproteina + H2O = proteina + Pi

Ta grupa enzymów przenosi grupy fosforanowe związane z seryną lub treoniną wielu fosfoprotein, w tym również enzymów ufosforylowanych pod wpływem działania kinaz.

Wyróżnia się cztery różne fosfatazy białkowe, które, ze względu na historię odkrywania, nazywano kolejno białkową fosfatazą-1 (PP1), białkową fosfatazą-2A (PP2A), białkową fosfatazą-2B (PP2B) i białkową fosfatazą-2C (PP2C).

PP1 aktywuje kinazę fosforylazową i fosforylazę a, przez co zmniejsza szybkość rozkładu glikogenu. Enzym ten przyspiesza również powstawanie wielocukru przez to, że defosforyluje formę b syntazy glikogenowej.

Katalityczna podjednostka PP1 ma masę 37 kDa i nie może działać samodzielnie, gdyż wykazuje niskie powinowactwo do cząsteczek glikogenu. Duże powinowactwo do substratu uzyskuje dopiero po połączeniu się z podjednostką wiążącą glikogen, tzw. podjednostką G. Aktywność PP1 podlega ścisłej kontroli i odbywa się poprzez fosforylację podjednostki G oraz działanie inhibitora-1, czyli małego białka, które w sposób zależny od hormonów, blokuje katalityczne działanie PP1.



Rys. 4. Przekształcenie nieaktywnej fosforylazy b w aktywną fosforylazę a jest katalizowane przez odpowiednią fosfatazę.

EC 3.1.3.24 fosfataza sacharozo-6-fosforanu (ang. sucrose-phosphate phosphatase)

Katalizowana reakcja: sacharozo-6-fosforan + H2O = sacharoza + Pi

Enzym ten wykazuje wysoką specyficzność względem sacharozo-6-fosforanu, a do swojej maksymalnej aktywności wymaga obecności jonów Mg2+. Katalizowana przez niego reakcja stanowi ostatni etap syntezy sacharozy.

EC 3.1.3.48 białkowa fosfataza tyrozynowa (ang. protein-tyrosine-phosphatase, PTP)

Katalizowana reakcja: ufosforylowana tyrozyna białkowa + H2O = tyrozyna białkowa + Pi

Jest to liczna, heterogenna grupa enzymów zlokalizowanych w różnych częściach komórki. Można je podzielić na przezbłonowe i nieprzezbłonowe. Mimo dużej różnorodności PTP posiadają niemal identyczny rdzeń tworzący domenę katalityczną.

Białkowe fosfatazy tyrozynowe działają przeciwstawnie do białkowych kinaz tyrozynowych, tzn. odłączają reszty fosforanowe od reszt tyrozynowych innych białek enzymatycznych i w ten sposób powodują ich unieczynnienie. Tego typu kontrola dotyczy wielu procesów fizjologicznych.


Autor: Anna Kurcek


Literatura:
1. Boduła A., Wdowczyk M. Adamiec R., 2005. Rola białkowej fofatazy tyrozynowe 1B (PTP-1B) w rozwoju insulinooporności. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej, 59: 203-207.
2. Bull H., Murray P.G., Thomas D., Fraser A.M., Nelson P.N., 2002. Acid phosphatases. Molecular Pathology, 55(2): 65–72.
3. Carman G. M., Han G., 2009. Phosphatidic Acid Phosphatase, a Key Enzyme in the Regulation of Lipid Synthesis The American Society for Biochemistry and Molecular Biology. Journal of Biological Chemistry, 284(5): 2593–2597.
4. Dżugan M., Wirek A., 2009. Zmienność fosfataz w układzie rozrodczym samców niektórych gatunków ptaków domowych. Południowo-Wschodni Oddział Polskiego Towarzystwa Inżynierii Ekologicznej z siedzibą w Rzeszowie Polskie Towarzystwo Gleboznawcze, Oddział w Rzeszowie, Zeszyty Naukowe. Zeszyt 11.
5. Hideo Orimo H., 2010. The Mechanism of Mineralization and the Role of Alkaline Phosphatase in Health and Disease. Journal of Nippon Medical School, 77 (1).
6. Kapela T., 2007. Perspektywy wykorzystania fitazy w gorzelnictwie. Biotechnologia, 2 (77): 54-62.
7. Nakano I., Dougherty J. D., Kim K., Klement I., Geschwind D.H., Kornblum H. I., 2007. Phosphoserine Phosphatase Is Expressed in the Neural Stem Cell Niche and Regulates Neural Stem and Progenitor Cell Proliferation. Stem CellsSTEM CELLS, 8 (25): 1975–1984.
8. Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB).. 2010. The Enzyme List Class 3 — Hydrolases. Generated from the ExplorEnz database.
9. Stryer L., 2003. Biochemia. Wydawnictwo Naukowe PWN.
10. Świeca-Maćkowska A., Świątkowska-Freund M., Klimek J., Kaletha K., 2007. Katabolizm nukleotydów adeninowych w łożysku ludzkim. Ann. Acad. Med. Gedan., 37:137-142.
11. van Schaftingen E., Gerin I., 2002 The glucose-6-phosphatase system. Biochemical Journal, 15 (362): 513–532.
12. Vidović D., Schürer S. C., 2010. Knowledge-based Characterization of Similarity Relationships in the Human Protein-Tyrosine Phosphatase Family for Rational Inhibitor Design. Journal of Medicinal Chemistry, 52 (21): 6649–6659.
13. http://mediweb.pl/
14. http://www.enzyme-database.org/


Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Kto jest online

246 gości oraz 0 użytkowników online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 

Facebook

Gadżety

Sklep e-biotechnologia.pl
Tematyczne kubki, koszulki, bluzy etc.


Zapraszamy do sklepu

Na skróty

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego Narodowe Centrum Nauki Narodowe Centrum Badań i Rozwoju Ośrodek Przetwarzania Informacji PAP - Nauka w Polsce Forum Akademickie Fundacja na rzecz Nauki Polskiej Wirtualna Biblioteka Nauki Scopus NCBI PubMed Nature Science Cell

 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły. VitaInSilica Portal popularnonaukowy

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2016 e-biotechnologia.pl
stat4u