Щелочная фосфатаза

Щелочна́я фосфата́за (англ. Alkaline phosphatase, ALP, ALKP) — фермент гидролаза (КФ 3.1.3.1), отщепляющая фосфат (дефосфорилирующая) от многих типов молекул, например, нуклеотидов, белков и алкалоидов. Представляет собой гомодимерный белковый фермент массой 86 килодальтон. Каждый мономер содержит пять остатков цистеина, два атома цинка и один атом магния, имеющих решающее значение для его каталитической функции[2]. Фермент проявляет наибольшую активность в щелочной среде[3].

Щелочная фосфатаза

Димер щелочной фосфатазы бактерий. Синим выделен N-конец, красным — C-конец[1].
Обозначения
CAS 9001-78-9
Информация в Викиданных ?
Щелочная фосфатаза

Структура щелочной фосфатазы[1].
Идентификаторы
Символ Alk_phosphatase
Pfam PF00245
InterPro IPR001952
SMART SM00098
PROSITE PDOC00113
SCOP 1alk
SUPERFAMILY 1alk
Доступные структуры белков
Pfam структуры
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum 3D-модель
 Медиафайлы на Викискладе
Запрос «Щелочная фосфатаза» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Щелочные фосфатазы выполняют роль дефосфорилирующих соединений. Фермент встречается во множестве организмов, как прокариот, так и эукариот, с одной и той же общей функцией, но в различных структурных формах, подходящих для окружающей среды, в которой они функционируют. Щелочная фосфатаза обнаруживается в периплазматическом пространстве бактерий E. coli. Этот фермент термостабилен и обладает максимальной активностью при высоком рН. У человека он встречается во многих формах в зависимости от его происхождения в организме — он играет важную роль в обмене веществ в печени и развитии скелета. Из-за его широкого распространения в этих областях его концентрация в кровотоке используется диагностами в качестве биомаркера для определения таких диагнозов, как гепатит или остеомаляция[4].

Уровень щелочной фосфатазы в крови проверяется с помощью ЩФ-теста, который часто входит в состав рутинных анализов крови. Уровень этого фермента в крови зависит от таких факторов, как возраст, пол или группа крови[5]. Уровень щелочной фосфатазы в крови также увеличивается в два-четыре раза во время беременности. Это происходит в результате дополнительной щелочной фосфатазы, вырабатываемой плацентой. Кроме того, аномальные уровни щелочной фосфатазы в крови могут указывать на проблемы, связанные с печенью, желчным пузырем или костями. Опухоли почек и инфекции, а также недоедание также показали аномальный уровень щелочной фосфатазы в крови[6].

Структура

Щелочная фосфатаза — это гомодимерный фермент, то есть она образуется из двух молекул. Три иона металлов, два Zn и один Mg, содержатся в каталитических центрах, и оба типа имеют решающее значение для ферментативной активности. Ферменты катализируют гидролиз моноэфиров в фосфорной кислоте, которая дополнительно может катализировать реакцию трансфосфорилирования с большими концентрациями фосфатных акцепторов.

Щелочная фосфатаза имеет гомологию в большом количестве других ферментов и составляет часть суперсемейства ферментов с несколькими перекрывающимися каталитическими аспектами и субстратными признаками. Исследования показали связь между представителями семейства щелочных фосфатаз и арилсульфатазами. Сходство в структуре указывает на то, что эти два семейства ферментов произошли от общего предка. Дальнейший анализ позволил связать щелочные фосфаты и арилсульфатазы с более крупным суперсемейством. Некоторые из общих генов, обнаруженных в этом суперсемействе, кодируют фосфодиэстеразы, а также аутотоксин.

Бактерии

У бактерий щелочная фосфатаза располагается в периплазматическом пространстве, снаружи от цитоплазматической мембраны. Щелочная фосфатаза бактерий относительно устойчива к инактивации, денатурации и деградации. Возможно, одной из функций фосфатазы является отщепление фосфатов от органических молекул, так как многие фосфорилированные соединения не могут проникать через плазматическую мембрану.

Свойства

Фермент, выделенный из бактерий Escherichia coli, имеет оптимум рН 8.0[7], в то время как фермент, выделенный из пульпы зуба быка, имеет оптимум рН около 8.5[8].

Применение

Щелочная фосфатаза применяется в молекулярно-биологических исследованиях для того, чтобы отщепить фосфатные группы на 5'-конце и предотвратить лигирование этих концов. Удаление концевых фосфатов также делает возможным введение концевой радиоактивной метки. Наиболее широко используют щелочную фосфатазу из креветок, которая также наиболее легко инактивируется после отщепления фосфата.

Щелочная фосфатаза также широко используется в иммуноферментном анализе.

Ингибиторы

Все изоферменты щелочной фосфатазы млекопитающих, за исключением плацетарных (PALP и SEAP), ингибируются гомоаргинином, и, аналогичным образом, все, кроме кишечных и плацентарных, блокируются левамизолом[9].

Другим известным примером ингибитора щелочной фосфатазы является [(4-Нитрофенил)метил]фосфоновая кислота[10].

Нагревание в течение 2 часов при 65 °C инактивирует большинство изоферментов, кроме плацентарных изоформ (PALP и SEAP).

Человек

Физиология

У человека щелочная фосфатаза представлена во всех тканях, особенно высокая концентрация в печени, желчном протоке, почках, костях и плаценте. В сыворотке крови преобладают два типа изозимов щелочной фосфатазы: скелетный и печеночный. В детском возрасте большинство щелочных фосфатаз имеют скелетное происхождение[11].

В организме человека и других млекопитающих встречаются следующие изоферменты:

  • ALPI — кишечная (молекулярная масса 150 КДА)
  • ALPL — ткань-неспецифическая (выражены преимущественно в печени, костях и почках)
  • ALPP — плацентарная (изофермент Регана)
  • ALPG — зародышевых клеток

Четыре гена кодируют четыре изофермента. Ген ткань-неспецифической щелочной фосфатазы расположен на хромосоме 1, а гены трех других изоформ — на хромосоме 2[2].

Диагностика

Нормальный уровень щелочной фосфатазы от 44 до 147 МЕ/л[12]. Уровень щелочной фосфатазы повышается при закупорке желчного протока[13]. Концентрации у детей и беременных женщин значительно выше. Пониженный уровень щелочной фосфатазы встречается гораздо реже, чем повышенный. Сниженный уровень щелочной фосфатазы — основной показатель гипофосфатазии (редкого заболевания костной ткани), которое характеризуется нарушением формирования скелета, задержкой физического развития, переломами и т. д.

Оральные контрацептивы снижают уровень щелочной фосфатазы[14].

См. также

Примечания
  1. PDB 1ALK: Kim E. E., Wyckoff H. W. Reaction mechanism of alkaline phosphatase based on crystal structures. Two-metal ion catalysis (англ.) // J. Mol. Biol. : journal. — 1991. — March (vol. 218, no. 2). — P. 449—464. — doi:10.1016/0022-2836(91)90724-K. — PMID 2010919.
  2. José Luis Millán. Alkaline Phosphatases: Structure, substrate specificity and functional relatedness to other members of a large superfamily of enzymes (англ.) // Purinergic Signalling. — 2006-06. — Vol. 2, iss. 2. — P. 335–341. — ISSN 1573-9546 1573-9538, 1573-9546. — doi:10.1007/s11302-005-5435-6.
  3. Tamás L., Huttová J., Mistrk I., Kogan G. Effect of carboxymethyl chitin-glucan on the activity of some hydrolytic enzymes in maize plants (англ.) // Chem. Pap. : journal. — 2002. — Vol. 56, no. 5. — P. 326—329. Архивировано 25 июля 2011 года.
  4. Alkaline Phosphatase Level Test (ALP) (англ.). Healthline (10 августа 2018). Дата обращения: 23 декабря 2020.
  5. Dhruv, Lowe; Savio, John (22 October 2017). “Alkaline Phosphatase”. StatPearls.
  6. Alkaline Phosphatase Level Test (ALP) (англ.). Healthline (10 августа 2018). Дата обращения: 14 августа 2021.
  7. Garen A., Levinthal C. A fine-structure genetic and chemical study of the enzyme alkaline phosphatase of E. coli. I. Purification and characterization of alkaline phosphatase (англ.) // Biochim. Biophys. Acta : journal. — 1960. — March (vol. 38). — P. 470—483. — doi:10.1016/0006-3002(60)91282-8. — PMID 13826559.
  8. Harada M., Udagawa N., Fukasawa K., Hiraoka B. Y., Mogi M. Inorganic pyrophosphatase activity of purified bovine pulp alkaline phosphatase at physiological pH (англ.) // J. Dent. Res. : journal. — 1986. — February (vol. 65, no. 2). — P. 125—127. — PMID 3003174.
  9. Ujjawal Sharma, Deeksha Pal, Rajendra Prasad. Alkaline Phosphatase: An Overview (англ.) // Indian Journal of Clinical Biochemistry. — 2014-07. — Vol. 29, iss. 3. — P. 269–278. — ISSN 0974-0422 0970-1915, 0974-0422. — doi:10.1007/s12291-013-0408-y.
  10. Ganellin CR, Triggle DJ, eds. (1999). Dictionary of pharmacological agents (1st ed.). London: Chapman & Hall. ISBN 978-0-412-46630-4.
  11. I. Reiss, D. Inderrieden, K. Kruse. Bestimmung der knochenspezifischen alkalischen Phosphatase bei Störungen des Kalziumstoffwechsels im Kindesalter (нем.) // Monatsschrift Kinderheilkunde. — 1996-01. — Bd. 144, H. 9. — S. 885–890. — ISSN 0026-9298. — doi:10.1007/s001120050054.
  12. MedlinePlus Medical Encyclopedia: ALP isoenzyme test (недоступная ссылка). Архивировано 16 июня 2010 года.
  13. ALP: The Test (недоступная ссылка). Дата обращения: 23 июня 2010. Архивировано 3 июля 2011 года.
  14. Schiele F., Vincent-Viry M., Fournier B., Starck M., Siest G. Biological effects of eleven combined oral contraceptives on serum triglycerides, gamma-glutamyltransferase, alkaline phosphatase, bilirubin and other biochemical variables (англ.) // Clin. Chem. Lab. Med. : journal. — 1998. — November (vol. 36, no. 11). — P. 871—878. — doi:10.1515/CCLM.1998.153. — PMID 9877094.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.