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生化学において、ホスファターゼは水を使ってリン酸モノエステルをリン酸イオンとアルコールに分解する酵素である。ホスファターゼ酵素は基質の加水分解を触媒するため、加水分解酵素のサブカテゴリである。[1]ホスファターゼ酵素は多くの生物学的機能に不可欠であり、リン酸化（例えばタンパク質キナーゼによる）と脱リン酸化（ホスファターゼによる）は細胞調節とシグナル伝達において多様な役割を果たす。[2]ホスファターゼは分子からリン酸基を除去するが、キナーゼはATPから分子へのリン酸基の転移を触媒する。キナーゼとホスファターゼは一緒になって、細胞の調節ネットワークに不可欠な翻訳後修飾の形態を指示する。 [3]
ホスファターゼ酵素は、リン酸水素から受容体へのリン酸基の転移を触媒するホスホリラーゼ酵素と混同しないでください。ホスファターゼは細胞調節に広く関与しているため、医薬品研究の関心領域となっています。[4] [5]
生化学
ホスファターゼはホスホモノエステルの加水分解を触媒し、基質からリン酸部分を除去します。反応中に水が分解され、-OH基がリン酸イオンに結合し、H+が他の生成物のヒドロキシル基をプロトン化します。反応の最終的な結果は、ホスホモノエステルが破壊され、リン酸イオンと遊離ヒドロキシル基を持つ分子の両方が生成されることとなります。[4]
ホスファターゼは、基質上の一見異なる部位を非常に特異性をもって脱リン酸化することができる。ホスファターゼの基質認識を司るメカニズムとルールである「ホスファターゼ コード」の特定はまだ進行中であるが、9 つの真核生物「ホスファトーム」ゲノムにコード化されたすべてのタンパク質ホスファターゼの初めての比較分析が現在利用可能である。[6] 研究により、いわゆる「ドッキング相互作用」が基質結合において重要な役割を果たしていることが明らかになった。[3]ホスファターゼは基質上のさまざまなモチーフ(二次構造の要素) を認識して相互作用する。これらのモチーフは、ホスファターゼの活性部位に含まれないドッキング部位に低親和性で結合する。個々のドッキング相互作用は弱いが、多くの相互作用が同時に発生し、結合特異性に累積的な影響をもたらす。[7]ドッキング相互作用はホスファターゼをアロステリックに制御し、その触媒活性に影響を与えることもできる。 [8]
機能
キナーゼとは対照的に、ホスファターゼ酵素はより広範な基質および反応を認識し、触媒する。例えば、ヒトでは、Ser/ThrキナーゼはSer/Thrホスファターゼの10倍の数である。[4]この不均衡は、ある程度、ヒトのホスファトーム、つまり細胞、組織、または生物で発現するホスファターゼの完全なセットに関する知識が不完全であることに起因している。[3]多くのホスファターゼはまだ発見されておらず、多数の既知のホスファターゼでは、基質がまだ特定されていない。しかし、十分に研究されたホスファターゼ/キナーゼのペアの中で、ホスファターゼは、その形態と機能の両方においてキナーゼの対応するものよりも多様性を示す。これは、ホスファターゼ間の保存の程度が低いことに起因している可能性がある。[4]
区別
ホスファターゼは、リン酸基を付加する ホスホリラーゼと混同しないでください。
タンパク質ホスファターゼ
タンパク質ホスファターゼは、タンパク質基質のアミノ酸残基を脱リン酸化させる酵素である。タンパク質キナーゼはタンパク質をリン酸化することによってシグナル分子として機能するのに対し、ホスファターゼはリン酸基を除去する。これは、細胞内シグナル伝達系を将来の使用のためにリセットするために不可欠である。キナーゼとホスファターゼの連携作業は、細胞の調節ネットワークの重要な要素を構成する。[9]リン酸化（および脱リン酸化）は、タンパク質における翻訳後修飾の最も一般的なモードの1つであり、任意の時点で、すべてのタンパク質の最大30％がリン酸化されていると推定されている。[10] [11]注目すべき2つのタンパク質ホスファターゼは、PP2AとPP2Bである。PP2Aは、DNA複製、代謝、転写、および発達などの複数の調節プロセスに関与している。カルシニューリン とも呼ばれるPP2Bは、T細胞の増殖に関与している。このため、免疫系を抑制しようとするいくつかの薬剤の標的となっている。[9]
ヌクレオチダーゼ
ヌクレオチダーゼはヌクレオチドの加水分解を触媒し、ヌクレオシドとリン酸イオンを形成する酵素である。 [12]ヌクレオチダーゼは、ヌクレオチドとヌクレオシドのバランスの取れた比率を維持する役割を部分的に担っているため、細胞の恒常性維持に不可欠である。[13]一部のヌクレオチダーゼは細胞外で機能し、細胞内に輸送され、サルベージ経路を介してヌクレオチドを再生するために使用できるヌクレオシドを生成する。[14]細胞内では、ヌクレオチダーゼはストレス条件下でエネルギーレベルを維持するのに役立つ可能性がある。酸素と栄養素が不足した細胞は、細胞の主要なエネルギー通貨であるATPなどのヌクレオシド三リン酸のレベルを高めるために、より多くのヌクレオチドを異化することができる。 [15]
糖新生において
ホスファターゼは糖新生の中間体などの炭水化物にも作用します。糖新生は、非炭水化物前駆体からグルコースが生成される生合成経路です。多くの組織はグルコースからのみエネルギーを得ることができるため、この経路は不可欠です。 [9]グルコース-6-ホスファターゼとフルクトース-1,6-ビスホスファターゼという2つのホスファターゼは、糖新生の不可逆的な段階を触媒します。[16] [17]それぞれが6炭素糖リン酸中間体からリン酸基を切断します。
分類
ホスファターゼのより大きなクラスの中で、酵素委員会は104の異なる酵素ファミリーを認識しています。ホスファターゼは基質特異性と触媒ドメインの配列相同性によって分類されます。[3] 100を超えるファミリーに分類されているにもかかわらず、すべてのホスファターゼは同じ一般的な加水分解反応を触媒します。[1]
試験管内実験では、ホスファターゼ酵素は多くの異なる基質を認識するようであり、1つの基質が多くの異なるホスファターゼによって認識される可能性がある。しかし、生体内で実験を行ったところ、ホスファターゼ酵素は信じられないほど特異性が高いことが示された。[3]場合によっては、タンパク質ホスファターゼ（タンパク質基質の認識によって定義されるもの）は、非タンパク質基質の脱リン酸化を触媒することができる。[4]同様に、二重特異性チロシンホスファターゼは、チロシン残基だけでなくセリン残基も脱リン酸化することができる。したがって、1つのホスファターゼは、複数のホスファターゼファミリーの特性を示すことができる。[9]
参照
- 酸性ホスファターゼ
- アルカリホスファターゼ
- エンドヌクレアーゼ/エキソヌクレアーゼ/ホスファターゼファミリー
- キナーゼ
- フォスファトーム
- ホスホトランスフェラーゼ
- タンパク質ホスファターゼ
- タンパク質ホスファターゼ2（PP2A）
参考文献
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外部リンク
- 米国国立医学図書館医学件名標目表(MeSH)のホスファターゼ
