Phosphatase

Verwandte Lektüre

Einführungen

Phosphatase ist ein Enzym, das in der Lage ist, das entsprechende Substrat zu dephosphorylieren, d.h. die Phosphatgruppe vom Substratmolekül zu entfernen, indem es das Phosphatmonoester hydrolysiert und ein Phosphat-Ion sowie eine freie Hydroxylgruppe erzeugt. Die Rolle der Phosphatasen ist das Gegenteil von der der Kinasen, die Phosphorylase sind und Energiemoleküle wie ATP nutzen können, um Phosphatgruppen zu den entsprechenden Substratmolekülen hinzuzufügen. Eine Phosphatase, die in vielen Organismen häufig vorkommt, ist die alkalische Phosphatase.

Abbildung 1. Struktur der Phosphatasen.

Säurephosphatase

Die Induktion und Sekretion von Säurephosphatase ist eine der wichtigen adaptiven Reaktionen von Pflanzen als Reaktion auf eine phosphorarme Umgebung. Säurephosphatasen können Phosphatgruppen von verschiedenen organophosphorhaltigen Substraten hydrolysieren, um die Aufnahme und Nutzung durch Pflanzen zu ermöglichen. Die meisten pflanzlichen Säurephosphatasen haben keine offensichtliche Substratspezifität und können Substrate wie RNA, DNA, 3-Phosphoglycerat und Hexosephosphat hydrolysieren. Die Sekretion von Säurephosphatase ist eine häufige adaptive Reaktion auf phosphorarme Stressbedingungen in Pflanzen, und diese adaptive Veränderung ist auch das Ergebnis einer koordinierten Expression von Genen, die auf Phosphormangel reagieren, die die Phosphataufnahme, Translokation und effiziente Nutzung durch die direkte oder indirekte Wirkung der Produkte der Reaktionsgene fördern.

Abbildung 2. Säurephosphatase.

Alkalische Phosphatase

Alkalische Phosphatase ist eine unspezifische Phosphatmonoesterase, die die Hydrolyse fast aller Phosphatmonoester katalysiert, um anorganisches Phosphat und entsprechende Alkohole, Phenole, Zucker usw. zu produzieren. Sie kann auch den Transfer von Phosphatgruppen katalysieren und ist eine phosphitabhängige Hydrogenase in E. coli. Eine P. AP ist in fast allen Organismen außer höheren Pflanzen vorhanden und kann direkt am Phosphorstoffwechsel teilnehmen, wobei sie eine Rolle bei der Verdauung, Absorption, Sekretion und Verknöcherung von Calcium und Phosphor spielt. Sie spielt eine wichtige Rolle bei der Verdauung, Absorption und Sekretion von Calcium und Phosphor sowie im Prozess der Verknöcherung.

Abbildung 3. Alkalische Phosphatase.

Biologische Funktion

Phosphatasen sind das Gegenteil von Kinasen oder Phosphatasen in Bezug auf ihre Phosphorylierung. Phosphorylierung kann dazu führen, dass ein Enzym aktiviert oder inaktiviert wird, oder es kann eine Protein-Protein-Interaktion auftreten (z.B. SH2-Strukturdomäne). Daher sind Phosphatasen erforderlich für die Kontrolle der Phosphorylierung durch viele Signaltransduktionswege. Phosphorylierung oder Dephosphorylierung entsprechen nicht unbedingt der Aktivierung oder Hemmung des Enzyms, und einige Enzyme haben mehrere Phosphorylierungsstellen, die an der Regulierung von Aktivierung oder Hemmung beteiligt sind. Zum Beispiel hat die cyclinabhängige Kinase (CDK) mehrere spezifische Aminosäurereste, die phosphoryliert werden können, und Aktivierung oder Hemmung entspricht der Phosphorylierung verschiedener Reste. Der Grund, warum Phosphat für die Signalübertragung wichtig ist, liegt in seiner Fähigkeit, die Wirkung des Proteins, an das es bindet, zu regulieren, und die Entfernung von Phosphat hat einen umgekehrten Effekt (wenn die Phosphorylierung aktivierend ist, ist die Dephosphorylierung hemmend), und hier spielen Phosphatasen eine wichtige Rolle.

Katalytischer Mechanismus

Cysteinabhängige Phosphatasen katalysieren den Bruch von Phosphatbindungen, indem sie ein Phosphat-Cystein-Intermediat im folgenden Prozess bilden (unter Verwendung der Phosphorylierung von Tyrosin-Dephosphorylierung als Beispiel). Zuerst greift die freie nucleophile Cystein-Gruppe an der aktiven Stelle des Enzyms das Phosphoratom in der Phosphatgruppe an und bildet eine Bindung. Dann akzeptiert die P-O-Bindung, die die Phosphatgruppe mit dem Tyrosin verbindet, ein Proton, das von einer passend positionierten sauren Aminosäure (z.B. Asparaginsäure) oder einem Wassermolekül bereitgestellt wird, und unterliegt einer Protonierung, was zur Bildung eines Phosphat-Cystein-Intermediats führt; dieses Intermediat wird durch ein anderes Wassermolekül hydrolysiert, die aktive Stelle des Enzyms wird freigesetzt und kann zur nächsten Dephosphorylierungsreaktion übergehen. Die aktive Stelle der Metallphosphatase kombiniert zwei Metallionen, die für die Katalyse notwendig sind. Die Ergebnisse von Studien zur Natur dieser beiden Metallionen sind inkonsistent und daher bisher nicht schlüssig. Die verfügbaren Beweise können nur darauf hindeuten, dass die beiden Metalle jede Kombination aus Magnesium, Mangan, Eisen und Zink sein können und dass die beiden Metallionen durch ein Hydroxidion verbunden sind. Dieses Hydroxidion wird derzeit als an dem nucleophilen Angriff auf Phosphor beteiligt angesehen.