Pirofosfatase inorgánica
A pirofosfatase inorgánica (ou difosfatase inorgánica, PPase) é un encima (EC 3.6.1.1) que cataliza a conversión dun ión pirofosfato (PPi) en dous ións fosfato.[1] Esta é unha reacción fortemente exergónica e, polo tanto, pode acoplarse a transformacións bioquímicas desfavorables para facelas posibles.[2] A función deste encima é fundamental no metabolismo de lípidos (incluíndo a síntese e degradación de lípidos), absorción do calcio e formación dos ósos,[3][4] na síntese de ADN,[5] así como noutras transformacións bioquímicas.[6][7]
| Pirofosfatase inorgánica | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||
| Hexámero da pirofosfatase (inorgánica) de E. coli | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| Número EC | 3.6.1.1 | ||||||||
| Número CAS | 9024-82-2 | ||||||||
| Bases de datos | |||||||||
| IntEnz | vista de IntEnz | ||||||||
| BRENDA | entrada de BRENDA | ||||||||
| ExPASy | vista de NiceZyme | ||||||||
| KEGG | entrada de KEGG | ||||||||
| MetaCyc | vía metabólica | ||||||||
| PRIAM | perfil | ||||||||
| Estruturas PDB | RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum | ||||||||
| Gene Ontology | AmiGO / EGO | ||||||||
| |||||||||
| Pirofosfatase inorgánica soluble | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||
| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | Pirofosfatase | ||||||||
| Pfam | PF00719 | ||||||||
| InterPro | IPR008162 | ||||||||
| PROSITE | PS00387 | ||||||||
| CATH | 2prd | ||||||||
| SCOPe | 2prd / SUPFAM | ||||||||
| CDD | cd00412 | ||||||||
| |||||||||
| Identificadores | |
| Símbolo | PPA1 |
| Símbolos alt. | PP |
| Entrez | 5464 |
| HUGO | 9226 |
| OMIM | |
| RefSeq | NM_021129 |
| UniProt | Q15181 |
| Outros datos | |
| Locus | Cr. 10 q11.1-q24 |
| Identificadores | |
| Símbolo | PPA2 |
| Entrez | 27068 |
| HUGO | 28883 |
| OMIM | |
| RefSeq | NM_176869 |
| UniProt | Q9H2U2 |
| Outros datos | |
| Locus | Cr. 4 q25 |
Ata agora caracterizáronse dous tipos de difosfatase inorgánica, moi diferentes en secuencia de aminoácidos e estrutura, que son: a soluble e as pirofosfatases bombas de protóns transmembrana (abreviadas como sPPases e H(+)-PPases, respectivamente). As sPPases son proteínas ubicuas que hidrolizan o pirofosfato para liberaren calor, mentres que as H+-PPases, ata agora non identificadas en células de animais e fungos, acoplan a enerxía da hidrólise do PPi ao movemento de protóns a través das membranas.[8][9]
Estrutura editar
Illouse unha pirofosfatase soluble termoestable do extremófilo Thermococcus litoralis. Determinouse a súa estrutura tridimensional usando cristalografía de raios X, a cal consistía en dúas hélices α e unha folla β pechada antiparalelas. A forma da pirofosfatase inorgánica illada de Thermococcus litoralis contén un total de 174 residuos de aminoácidos e ten unha organización oligomérica hexámera.[10]
Os seres humanos posúen dous xenes que codifican pirofosfatases, PPA1 e PPA2.[11] O locus de PPA1 está no cromosoma 10,[12] e o de PPA2 no cromosoma 4.[13]
Mecanismo editar
Aínda que o mecanismo preciso de catálise da pirofosfatase inorgánica na maioría dos organismos segue sen estar claro, os estudos de mutaxénese dirixida a sitio en Escherichia coli permitiron a análise do sitio activo do encima e a identificación de aminoácidos clave. Esta análise revelou a presenza de 17 residuos que poden ter importancia funcional na catálise.[14]
Outras investigacións suxiren que do estado de protonación do Asp67 depende a modulación da reversibilidade da reacción en Escherichia coli. O grupo funcional carboxilato deste residuo realiza un ataque nucleofílico sobre o substrato pirofosfato cando están presentes catro ións magnesio. A coordinación directa destes ións magnesio e interaccións de enlace de hidróxeno con Arg43, Lys29 e Lys142 (todos residuos cargados positivamente) ancoran o substrato ao sitio activo. Tamén se suxeriu que os catro ións magnesio están implicados na estabilización do estado de transición da bipirámide trigonal, o cal rebaixa a barreira enerxética do ataque nucleofílico antes mencionado.[14]
Varios estudos identificaron substratos que poden actuar como efectores alostéricos. En concreto, a unión do pirofosfato (PPi) ao sitio efector da pirofosfatase inorgánica incrementa a súa velocidade de hidrólise no sitio activo.[15] O ATP funciona tamén como un activador alostérico en Escherichia coli,[16] mentres que o fluoruro inhibe a hidrólise do pirofosfato en lévedos.[17]
Función e importancia biolóxica editar
A hidrólise do pirofosfato inorgánico dando dous ións fosfato utilízase en moitas vías bioquímicas para facer as reaccións irreversibles.[18] Este proceso é altamente exergónico (producindo aproximadamente un cambio de −19 kJ na enerxía libre), e, por tanto, cando se acopla cunha reacción tipicamente menos favorable, increméntase grandemente a favorabilidade enerxética do sistema de reacción.[19]
O pirofosfato inorgánico cataliza esta reacción de hidrólise nas etapas iniciais da degradación de lípidos, que son exemplos prominentes deste fenómeno. Ao promover a hidrólise rápida do pirofosfato, a pirofosfatase inorgánica proporciona a forza impulsora para a activación de ácidos graxos destinados á beta oxidación.[19]
Antes de que os ácidos graxos poidan sufrir unha degradación para cumprir as necesidades metabólicas dun organismo, deben primeiro ser activados por medio dun enlace tioéster co coencima A. Este proceso é catalizado polo encima acil-CoA sintetase, e ocorre na membrana mitocondrial externa. Esta activación realízase en dúas etapas reactivas: (1) o ácido graxo reacciona cunha molécula de ATP para formar un acil adenilato unido ao encima e pirofosfato (PPi), e (2) o grupo sulfhidrilo do CoA ataca o acil adenilato, formando acil-CoA e unha molécula de AMP. Cada un destes pasos é reversible en condicións biolóxicas, excepto na hidrólise adicional de pirofosfato feita pola pirofosfatase inorgánica.[19] Esta hidrólise acoplada proporciona a forza impulsora para que avance a reacción de activación global e serve como fonte de fosfato inorgánico usado noutros procesos biolóxicos.
Evolución editar
O exame das formas procariota e eucariota da pirofosfatase inorgánica soluble (sPPase, Pfam PF00719) indica que difiren significativamente en secuencia de aminoácidos, número de residuos e organización oligomérica. Malia teren distintos compoñentes estruturais, traballos recentes suxiren que houbo un alto grao de conservación evolutiva na estrutura do sitio activo e no mecanismo de reacción, baseándose en datos cinéticos.[20] Unha análise de aproximadamente un millón de secuencias xenéticas tomadas de organismos do mar dos Argazos identificou unha secuencia de 57 residuos nas rexións codificantes da pirofosfatase inorgánica bomba de protóns (H+-PPase) que parece estar altamente conservada; esta rexión consistía principalmente en catro residuos de aminoácidos Gly, Ala, Val e Asp, o que suxire unha orixe evolutiva antiga para esta proteína.[21]
Notas editar
- ↑ Harold FM (decembro de 1966). "Inorganic polyphosphates in biology: structure, metabolism, and function". Bacteriological Reviews 30 (4): 772–94. PMC 441015. PMID 5342521. doi:10.1128/MMBR.30.4.772-794.1966.
- ↑ Terkeltaub RA (xullo de 2001). "Inorganic pyrophosphate generation and disposition in pathophysiology". American Journal of Physiology. Cell Physiology 281 (1): C1–C11. PMID 11401820. doi:10.1152/ajpcell.2001.281.1.C1.
- ↑ Orimo H, Ohata M, Fujita T (setembro de 1971). "Role of inorganic pyrophosphatase in the mechanism of action of parathyroid hormone and calcitonin". Endocrinology 89 (3): 852–8. PMID 4327778. doi:10.1210/endo-89-3-852.
- ↑ Poole KE, Reeve J (decembro de 2005). "Parathyroid hormone - a bone anabolic and catabolic agent". Current Opinion in Pharmacology 5 (6): 612–7. PMID 16181808. doi:10.1016/j.coph.2005.07.004.
- ↑ Nelson, David L.; Cox, Michael M. (2000). Lehninger Principles of Biochemistry, 3ª ed. Nova York: Worth Publishers. pp. 937. ISBN 1-57259-153-6.
- ↑ Ko KM, Lee W, Yu JR, Ahnn J (novembro de 2007). "PYP-1, inorganic pyrophosphatase, is required for larval development and intestinal function in C. elegans". FEBS Letters 581 (28): 5445–53. PMID 17981157. doi:10.1016/j.febslet.2007.10.047.
- ↑ Usui Y, Uematsu T, Uchihashi T, Takahashi M, Takahashi M, Ishizuka M, et al. (maio de 2010). "Inorganic polyphosphate induces osteoblastic differentiation". Journal of Dental Research 89 (5): 504–9. PMID 20332330. doi:10.1177/0022034510363096.
- ↑ Perez-Castineira JR, Lopez-Marques RL, Villalba JM, Losada M, Serrano A (decembro 2002). "Functional complementation of yeast cytosolic pyrophosphatase by bacterial and plant H+-translocating pyrophosphatases". Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99 (25): 15914–9. Bibcode:2002PNAS...9915914P. PMC 138539. PMID 12451180. doi:10.1073/pnas.242625399. hdl:11441/26079.
- ↑ Baltscheffsky M, Schultz A, Baltscheffsky H (setembro de 1999). "H+ -PPases: a tightly membrane-bound family". FEBS Lett. 457 (3): 527–33. PMID 10523139. doi:10.1016/S0014-5793(99)90617-8.
- ↑ Teplyakov A, Obmolova G, Wilson KS, Ishii K, Kaji H, Samejima T, Kuranova I (xullo de 1994). "Crystal structure of inorganic pyrophosphatase from Thermus thermophilus". Protein Science 3 (7): 1098–107. PMC 2142889. PMID 7920256. doi:10.1002/pro.5560030713.
- ↑ Fairchild TA, Patejunas G (outubro de 1999). "Cloning and expression profile of human inorganic pyrophosphatase". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Gene Structure and Expression 1447 (2–3): 133–6. PMID 10542310. doi:10.1016/s0167-4781(99)00175-x.
- ↑ McAlpine PJ, Mohandas T, Ray M, Wang H, Hamerton JL (1976). "Assignment of the inorganic pyrophosphatase gene locus (PP) to chromosome 10 in man". Cytogenetics and Cell Genetics 16 (1–5): 201–3. PMID 975879. doi:10.1159/000130590.
- ↑ "PPA2 pyrophosphatase (inorganic) 2 [Homo sapiens (human)]". NCBI Gene.
- ↑ 14,0 14,1 Yang L, Liao RZ, Yu JG, Liu RZ (maio de 2009). "DFT study on the mechanism of Escherichia coli inorganic pyrophosphatase". The Journal of Physical Chemistry B 113 (18): 6505–10. PMID 19366250. doi:10.1021/jp810003w.
- ↑ Sitnik TS, Avaeva SM (xaneiro de 2007). "Binding of substrate at the effector site of pyrophosphatase increases the rate of its hydrolysis at the active site". Biochemistry. Biokhimiia 72 (1): 68–76. PMID 17309439. doi:10.1134/s0006297907010087.
- ↑ Rodina EV, Vorobyeva NN, Kurilova SA, Belenikin MS, Fedorova NV, Nazarova TI (xaneiro de 2007). "ATP as effector of inorganic pyrophosphatase of Escherichia coli. Identification of the binding site for ATP". Biochemistry. Biokhimiia 72 (1): 93–9. PMID 17309442. doi:10.1134/s0006297907010117.
- ↑ Smirnova IN, Baĭkov AA (outubro de 1983). "[Two-stage mechanism of the fluoride inhibition of inorganic pyrophosphatase using the fluoride ion]". Biokhimiia (en ruso) 48 (10): 1643–53. PMID 6139128.
- ↑ Takahashi K, Inuzuka M, Ingi T (decembro de 2004). "Cellular signaling mediated by calphoglin-induced activation of IPP and PGM". Biochemical and Biophysical Research Communications 325 (1): 203–14. PMID 15522220. doi:10.1016/j.bbrc.2004.10.021.
- ↑ 19,0 19,1 19,2 Carman GM, Han GS (decembro de 2006). "Roles of phosphatidate phosphatase enzymes in lipid metabolism". Trends in Biochemical Sciences 31 (12): 694–9. PMC 1769311. PMID 17079146. doi:10.1016/j.tibs.2006.10.003.
- ↑ Cooperman BS, Baykov AA, Lahti R (xullo de 1992). "Evolutionary conservation of the active site of soluble inorganic pyrophosphatase". Trends in Biochemical Sciences 17 (7): 262–6. PMID 1323891. doi:10.1016/0968-0004(92)90406-y.
- ↑ Hedlund J, Cantoni R, Baltscheffsky M, Baltscheffsky H, Persson B (novembro de 2006). "Analysis of ancient sequence motifs in the H-PPase family". The FEBS Journal 273 (22): 5183–93. PMID 17054711. doi:10.1111/j.1742-4658.2006.05514.x.
Véxase tamén editar
Ligazóns externas editar
- pyrophosphatases Medical Subject Headings (MeSH) na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.
Bibliografía editar
- Bailey K, Webb EC (1944). "Purification and properties of yeast pyrophosphatase". The Biochemical Journal 38 (5): 394–8. PMC 1258115. PMID 16747821. doi:10.1042/bj0380394.
- Kunitz M (xaneiro de 1952). "Crystalline inorganic pyrophosphatase isolated from baker's yeast". The Journal of General Physiology 35 (3): 423–50. PMC 2147340. PMID 14898026. doi:10.1085/jgp.35.3.423.
- Sarafian V, Kim Y, Poole RJ, Rea PA (marzo de 1992). "Molecular cloning and sequence of cDNA encoding the pyrophosphate-energized vacuolar membrane proton pump of Arabidopsis thaliana". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 89 (5): 1775–9. Bibcode:1992PNAS...89.1775S. PMC 48535. PMID 1311852. doi:10.1073/pnas.89.5.1775.
- Drozdowicz YM, Lu YP, Patel V, Fitz-Gibbon S, Miller JH, Rea PA (novembro de 1999). "A thermostable vacuolar-type membrane pyrophosphatase from the archaeon Pyrobaculum aerophilum: implications for the origins of pyrophosphate-energized pumps". FEBS Letters 460 (3): 505–12. PMID 10556526. doi:10.1016/S0014-5793(99)01404-0.