Adenosin-5'-Triphosphatase

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Einführung

Adenosin-5'-Triphosphatase, Adenosinpyrophosphatase, ATP-Monophosphatase und Triphosphatase sind eine Klasse von Enzymen bzw. katalysieren die entsprechenden Umkehrreaktionen, die den Abbau von ATP zu ADP und freien Phosphationen vermitteln. Diese Dephosphorylierungsreaktion setzt Energie frei, die das Enzym (in den meisten Fällen) nutzt, um andere chemische Reaktionen anzutreiben, die andernfalls nicht ablaufen würden. Dieser Prozess ist in allen bekannten Lebensformen weit verbreitet. Einige dieser Enzyme sind integrale Membranproteine (in biologische Membranen verankert) und transportieren gelöste Stoffe über die Membran, meist gegen ihren Konzentrationsgradienten. Diese werden als transmembrane ATPasen bezeichnet.

Biochemische/physiologische Effekte

Adenosin-5'-Triphosphatase hydrolysiert ATP zu ADP und Orthophosphat. Der Hydrolyseprozess ist mit dem Austausch von Natrium- und Kaliumionen über die Plasmamembran gekoppelt. Dieses Enzym ist in nahezu allen Geweben höherer Organismen vorhanden, kommt jedoch in der Niere am häufigsten vor, da dort Natriumionen aus dem glomerulären Filtrat rückresorbiert werden. Die Na/K-ATPase wird durch Veränderungen der intrazellulären Calciumionenkonzentration beeinflusst. Sie ist zudem empfindlich und wird durch Vanadat sowie (in vitro) durch SPAI-1 (ein aus dem Duodenum des Schweins isoliertes Peptid) gehemmt. Es wurde gezeigt, dass Adenosin-5'-Triphosphatase durch Phosphorylierung durch die Proteinkinase A (PKA) reguliert wird. Dieses Membranenzym hydrolysiert ATP zu ADP und Orthophosphat. Der Hydrolyseprozess ist mit dem Austausch von Natrium- und Kaliumionen über die Plasmamembran gekoppelt. Dieses Enzym ist in nahezu allen Geweben höherer Organismen vorhanden, kommt jedoch in der Niere am häufigsten vor, da dort Natriumionen aus dem glomerulären Filtrat rückresorbiert werden. Die Na/K-ATPase wird durch Veränderungen der intrazellulären Calciumionenkonzentration beeinflusst. Es wurde gezeigt, dass sie durch Phosphorylierung durch die Proteinkinase A (PKA) reguliert wird.

Funktionen

Adenosin-5'-Triphosphatase importiert zahlreiche für den Stoffwechsel erforderliche Substanzen in die Zelle und exportiert Toxikantien, Stoffwechselabfälle sowie weitere Substanzen, die zelluläre Prozesse beeinträchtigen können. So reguliert beispielsweise die Natrium-Kalium-ATPase (auch als Natrium/Kalium-Ionen-ATPase bezeichnet) die intrazelluläre Natrium-/Kaliumionenkonzentration und erhält damit das Ruhepotenzial der Zelle aufrecht; die Wasserstoff-Kalium-ATPase (auch als Wasserstoff/Kalium-Ionen-ATPase oder gastrische Protonenpumpe bezeichnet) sorgt für ein saures Milieu im Magen. Einige Adenosin-5'-Triphosphatasen können einen Ladungstransport über die Membran bewirken, andere nicht; entsprechend lassen sich diese Transportproteine in elektrogene und nicht-elektrogene einteilen.

Reaktionsmechanismus

Die an die ATP-Hydrolyse gekoppelte Adenosin-5'-Triphosphatase-Reaktion ist eine strikt chemische Reaktion, d. h., jedes hydrolysierte ATP-Molekül ermöglicht den Transport einer bestimmten Anzahl von Solutmolekülen. Bei der Na/K-ATPase ermöglicht jedes hydrolysierte ATP-Molekül den Transport von 3 Natriumionen aus der Zelle, während 2 Kaliumionen in die Zelle transportiert werden. Transmembrane Adenosin-5'-Triphosphatasen benötigen die durch die ATP-Hydrolyse bereitgestellte Energie, da diese Enzyme Arbeit verrichten müssen: Sie transportieren Substanzen entgegen der thermodynamisch bevorzugten Richtung, d. h. bezogen auf die Membran können sie Substanzen von einer Seite mit niedriger Konzentration auf die Seite mit hoher Konzentration transportieren.

Anwendungen

ATPase wird zur Freisetzung von anorganischem Phosphor aus ATP eingesetzt. ATPase aus dem Schweinehirnrinden-Gewebe wurde für den Inhibitionsassay zur Bestimmung der Na/K-ATPase-Aktivität verwendet.