Φωσφατάση

Στη βιοχημεία, μια φωσφατάση (phosphatase) είναι ένα ένζυμο που χρησιμοποιεί νερό για να διασπάσει έναν μονοεστέρα φωσφορικού οξέος σε φωσφορικό ιόν και αλκοόλη. Επειδή ένα ένζυμο φωσφατάσης καταλύει την υδρόλυση του υποστρώματός του, αποτελεί υποκατηγορία των υδρολασών (hydrolases). Τα ένζυμα της φωσφατάσης είναι απαραίτητα για πολλές βιολογικές λειτουργίες, επειδή η φωσφορυλίωση (π.χ. από πρωτεϊνικές κινάσες) και η αποφωσφορυλίωση (από φωσφατάσες) εξυπηρετούν ποικίλους ρόλους στην κυτταρική ρύθμιση και στην κυτταρική σηματοδότηση. Ενώ οι φωσφατάσες απομακρύνουν τις φωσφορικές ομάδες από τα μόρια, οι κινάσες καταλύουν τη μεταφορά φωσφορικών ομάδων σε μόρια από ATP. Μαζί, οι κινάσες και οι φωσφατάσες κατευθύνουν μια μορφή μετα-μεταφραστικής τροποποίησης που είναι απαραίτητη για το ρυθμιστικό δίκτυο του κυττάρου. 

Τα ένζυμα φωσφατάσης δεν πρέπει να συγχέονται με τα ένζυμα φωσφορυλάσης, τα οποία καταλύουν τη μεταφορά μιας φωσφορικής ομάδας από τα όξινα φωσφορικά σε έναν δέκτη. Λόγω της επικράτησής τους στην κυτταρική ρύθμιση, οι φωσφατάσες αποτελούν πεδίο ενδιαφέροντος για τη φαρμακευτική έρευνα.

 Βιοχημεία 
Οι φωσφατάσες καταλύουν την υδρόλυση ενός φωσφομονοεστέρα, απομακρύνοντας μια φωσφορική ομάδα] από το υπόστρωμα. Το νερό διασπάται στην αντίδραση, με την ομάδα -OH να συνδέεται με το φωσφορικό ιόν και το H+ να πρωτονώνει την υδροξυλομάδα του άλλου προϊόντος. Το τελικό αποτέλεσμα της αντίδρασης είναι η καταστροφή ενός φωσφομονοεστέρα και η δημιουργία τόσο ενός φωσφορικού ιόντος όσο και ενός μορίου με ελεύθερη υδροξυλική ομάδα.

Οι φωσφατάσες είναι σε θέση να αποφωσφορυλιώνουν φαινομενικά διαφορετικές θέσεις στα υποστρώματά τους με μεγάλη εξειδίκευση. Η αναγνώριση του κώδικα φωσφατάσης, δηλαδή των μηχανισμών και των κανόνων που διέπουν την αναγνώριση υποστρώματος για τις φωσφατάσες, είναι ακόμη ένα έργο σε εξέλιξη, αλλά η πρώτη συγκριτική ανάλυση όλων των πρωτεϊνικών φωσφατασών που κωδικοποιούνται σε εννέα ευκαρυωτικά φωσφάτομα στο γονιδίωμα είναι τώρα διαθέσιμη. Μελέτες αποκαλύπτουν ότι οι λεγόμενες αλληλεπιδράσεις πρόσδεσης παίζουν σημαντικό ρόλο στη σύνδεση του υποστρώματος. Μια φωσφατάση αναγνωρίζει και αλληλεπιδρά με διάφορα δομικά μοτίβα (στοιχεία δευτεροταγούς δομής) στο υπόστρωμά της. Αυτά τα μοτίβα συνδέονται με χαμηλή συγγένεια με θέσεις πρόσδεσης στη φωσφατάση, οι οποίες δεν περιέχονται στην ενεργή θέση της. Αν και κάθε μεμονωμένη αλληλεπίδραση πρόσδεσης είναι ασθενής, πολλές αλληλεπιδράσεις συμβαίνουν ταυτόχρονα, προσδίδοντας ένα σωρευτικό αποτέλεσμα στην εξειδίκευση σύνδεσης.Οι αλληλεπιδράσεις πρόσδεσης μπορούν επίσης να ρυθμίσουν αλλοστερικά τις φωσφατάσες και έτσι να επηρεάσουν την καταλυτική τους δράση.

 Λειτουργίες 
Σε αντίθεση με τις κινάσες, τα ένζυμα φωσφατάσης αναγνωρίζουν και καταλύουν ένα ευρύτερο φάσμα υποστρωμάτων και αντιδράσεων. Για παράδειγμα, στους ανθρώπους, οι κινάσες σερίνης/θρεονίνης (Ser/Thr) δεκαπλασιάζουν τις φωσφατάσες Ser/Thr. Σε κάποιο βαθμό, αυτή η απόκλιση προκύπτει από την ελλιπή γνώση του ανθρώπινου φωσφατόμου (phosphatome), δηλαδή του πλήρους συνόλου των φωσφατάσων που εκφράζονται σε ένα κύτταρο, ιστό ή οργανισμό.Πολλές φωσφατάσες δεν έχουν ακόμη ανακαλυφθεί και για πολλές γνωστές φωσφατάσες δεν έχει ακόμη εντοπιστεί υπόστρωμα. Ωστόσο, μεταξύ των καλά μελετημένων ζευγών φωσφατάσης/κινάσης, οι φωσφατάσες εμφανίζουν μεγαλύτερη ποικιλία από τις αντίστοιχες κινάσες, τόσο ως προς τη μορφή όσο και ως προς τη λειτουργία τους. Αυτό μπορεί να οφείλεται στον μικρότερο βαθμό διατήρησης μεταξύ των φωσφατάσων.

 Διακρίσεις 
Οι φωσφατάσες δεν πρέπει να συγχέονται με τις φωσφορυλάσες, οι οποίες προσθέτουν φωσφορικές ομάδες.

ΌνομαΚατηγορίαΑντίδρασηΣημειώσειςΦωσφορυλάση Μεταφοράση(EC 2.4, 2.7.7) ομάδα μεταφοράς = A= γλυκοζυλ/νουκλεοτιδυλ ομάδαΦωσφατάση Υδρολάση(EC 3)  Κινάση Μεταφοράση ομάδα μεταφοράς = P P = φωσφονική ομάδα, OP = φωσφορική ομάδα, ή  = ανόργανο φωσφορικό

 Πρωτεϊνικές φωσφατάσες 
Η πρωτεϊνική φωσφατάση είναι ένα ένζυμο που αποφωσφορυλιώνει ένα υπόλειμμα αμινοξέος του πρωτεϊνικού υποστρώματός του. Ενώ οι πρωτεϊνικές κινάσες δρουν ως σηματοδοτικά μόρια φωσφορυλιώνοντας πρωτεΐνες, οι φωσφατάσες απομακρύνουν την φωσφορική ομάδα, η οποία είναι απαραίτητη για να μπορέσει το σύστημα ενδοκυτταρικής σηματοδότησης να επαναρυθμιστεί για μελλοντική χρήση. Η διαδοχική εργασία των κινασών και των φωσφατασών αποτελεί ένα σημαντικό στοιχείο του ρυθμιστικού δικτύου του κυττάρου. Η φωσφορυλίωση (και η αποφωσφορυλίωση) είναι από τους πιο συνηθισμένους τρόπους μετα-μεταφραστικής τροποποίησης στις πρωτεΐνες και εκτιμάται ότι, σε οποιαδήποτε δεδομένη στιγμή, έως και 30% όλων των πρωτεϊνών φωσφορυλιώνονται.

Δύο αξιοσημείωτες πρωτεϊνικές φωσφατάσες είναι η PP2A και η PP2B. Η PP2A εμπλέκεται σε πολλαπλές ρυθμιστικές διεργασίες, όπως η αντιγραφή, ο μεταβολισμός, η μεταγραφή και η ανάπτυξη του DNA. Η PP2B, που ονομάζεται επίσης καλσινευρίνη, εμπλέκεται στον πολλαπλασιασμό των Τ κυττάρων. Εξαιτίας αυτού, αποτελεί στόχο ορισμένων φαρμάκων που επιδιώκουν την καταστολή του ανοσοποιητικού συστήματος.

 Νουκλεοτιδάσες 
Οι νουκλεοτιδάσες είναι ένζυμα που καταλύει την υδρόλυση ενός νουκλεοτιδίου, σχηματίζοντας νουκλεοζίτη και φωσφορικό ιόν. Οι νουκλεοτιδάσες είναι απαραίτητες για την κυτταρική ομοιόσταση, επειδή είναι εν μέρει υπεύθυνες για τη διατήρηση μιας ισορροπημένης αναλογίας νουκλεοτιδίων προς νουκλεοζίτες. Ορισμένες νουκλεοτιδάσες λειτουργούν εκτός του κυττάρου, δημιουργώντας νουκλεοζίτες που μπορούν να μεταφερθούν στο κύτταρο και να χρησιμοποιηθούν για την αναγέννηση νουκλεοτιδίων μέσω οδών διάσωσης. Μέσα στο κύτταρο, οι νουκλεοτιδάσες μπορούν να βοηθήσουν στη διατήρηση των επιπέδων ενέργειας υπό συνθήκες κόπωσης. Ένα κύτταρο που στερείται οξυγόνου και θρεπτικών συστατικών μπορεί να καταβολίσει περισσότερα νουκλεοτίδια για να αυξήσει τα επίπεδα τριφωσφορικών νουκλεοζιτών όπως η ATP, το κύριο ενεργειακό νόμισμα του κυττάρου.

 Στη γλυκονεογένεση 
Οι φωσφατάσες μπορούν επίσης να δράσουν σε υδατάνθρακες, όπως τα ενδιάμεσα στην γλυκονεογένεση. Η γλυκονεογένεση είναι μια βιοσυνθετική οδός όπου η γλυκόζη δημιουργείται από μη υδατανθρακικούς προδρόμους. Η οδός είναι απαραίτητη επειδή πολλοί ιστοί μπορούν να αντλήσουν ενέργεια μόνο από τη γλυκόζη. Δύο φωσφατάσες, η φωσφατάση της 6-φωσφορικής γλυκόζης (glucose-6-phosphatase)και η ;;;διφωσφατάση της 1,6-φιφωσφορικής φρουκτόζης (fructose-1,6-bisphosphatase)-καταλύουν μη αναστρέψιμα βήματα στη γλυκονεογένεση. Κάθε μία διασπά μια φωσφορική ομάδα από ένα ενδιάμεσο φωσφορικό σάκχαρο έξι ατόμων άνθρακα.

 Ταξινόμηση 
Εντός της ευρύτερης κατηγορίας φωσφατασών, η Ενζυμική Επιτροπή αναγνωρίζει 104 διακριτές οικογένειες ενζύμων. Οι φωσφατάσες ταξινομούνται με βάση την εξειδίκευση του υποστρώματος και την ομολογία αλληλουχίας σε καταλυτικούς τομείς. Παρά την ταξινόμησή τους σε πάνω από εκατό οικογένειες, όλες οι φωσφατάσες εξακολουθούν να καταλύουν την ίδια γενική αντίδραση υδρόλυσης.

Σε εργαστηριακά πειράματα, τα ένζυμα φωσφατάσης φαίνεται να αναγνωρίζουν πολλά διαφορετικά υποστρώματα και ένα υπόστρωμα μπορεί να αναγνωριστεί από πολλές διαφορετικές φωσφατάσες. Ωστόσο, όταν έχουν διεξαχθεί πειράματα εν ζωή, τα ένζυμα φωσφατάσης έχουν αποδειχθεί εξαιρετικά ειδικά. Σε ορισμένες περιπτώσεις, μια πρωτεϊνική φωσφατάση (δηλαδή μια που ορίζεται από την αναγνώριση πρωτεϊνικών υποστρωμάτων) μπορεί να καταλύσει την αποφωσφορυλίωση μη πρωτεϊνικών υποστρωμάτων. Ομοίως, οι τυροσινικές φωσφατάσες διπλής εξειδίκευσης μπορούν να αποφωσφορυλιώσουν όχι μόνο τα υπολείμματα τυροσίνης, αλλά και τα υπολείμματα σερίνης. Έτσι, μία φωσφατάση μπορεί να εμφανίσει τις ιδιότητες πολλαπλών οικογενειών φωσφατασών.

 Παραπομπές 

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 

Κατηγορία:Ένζυμα