Phosphatase - Phosphatase

Un modèle de boule et de bâton d'un anion phosphate.

En biochimie , une phosphatase est une enzyme qui utilise de l'eau pour cliver un monoester d' acide phosphorique en un ion phosphate et un alcool . Parce qu'une enzyme phosphatase catalyse l' hydrolyse de son substrat , c'est une sous-catégorie des hydrolases . Les enzymes phosphatases sont essentielles à de nombreuses fonctions biologiques, car la phosphorylation (par exemple par les protéines kinases ) et la déphosphorylation (par les phosphatases) jouent divers rôles dans la régulation et la signalisation cellulaires . Alors que les phosphatases éliminent les groupes phosphate des molécules, les kinases catalysent le transfert des groupes phosphate aux molécules à partir de l' ATP . Ensemble, les kinases et les phosphatases dirigent une forme de modification post-traductionnelle qui est essentielle au réseau de régulation de la cellule.

Les enzymes phosphatases ne doivent pas être confondues avec les enzymes phosphorylases , qui catalysent le transfert d'un groupe phosphate de l'hydrogénophosphate à un accepteur. En raison de leur prévalence dans la régulation cellulaire, les phosphatases sont un domaine d'intérêt pour la recherche pharmaceutique.

Biochimie

La réaction générale catalysée par une enzyme phosphatase

Les phosphatases catalysent l' hydrolyse d'un phosphomonoester, éliminant une fraction phosphate du substrat. L'eau est divisée dans la réaction, le groupe -OH se fixant à l'ion phosphate et le H+ protonant le groupe hydroxyle de l'autre produit. Le résultat net de la réaction est la destruction d'un phosphomonoester et la création à la fois d'un ion phosphate et d'une molécule avec un groupe hydroxyle libre.

Les phosphatases sont capables de déphosphoryler des sites apparemment différents sur leurs substrats avec une grande spécificité. L'identification du "code de la phosphatase", c'est-à-dire les mécanismes et les règles qui régissent la reconnaissance du substrat pour les phosphatases, est encore un travail en cours, mais la première analyse comparative de toutes les protéines phosphatases codées dans neuf génomes eucaryotes "phosphatomes" est maintenant disponible. Des études révèlent que ce que l'on appelle les « interactions d'amarrage » jouent un rôle important dans la liaison au substrat. Une phosphatase reconnaît et interagit avec divers motifs (éléments de structure secondaire) sur son substrat ; ces motifs se lient avec une faible affinité aux sites d'ancrage sur la phosphatase, qui ne sont pas contenus dans son site actif . Bien que chaque interaction d'amarrage individuelle soit faible, de nombreuses interactions se produisent simultanément, conférant un effet cumulatif sur la spécificité de liaison. Les interactions d'amarrage peuvent également réguler allostériquement les phosphatases et ainsi influencer leur activité catalytique.

Les fonctions

Contrairement aux kinases, les enzymes phosphatases reconnaissent et catalysent un éventail plus large de substrats et de réactions. Par exemple, chez l'homme, les kinases Ser/Thr sont dix fois plus nombreuses que les phosphatases Ser/Thr. Dans une certaine mesure, cette disparité résulte d'une connaissance incomplète du phosphatome humain , c'est-à-dire de l'ensemble complet des phosphatases exprimées dans une cellule, un tissu ou un organisme. De nombreuses phosphatases restent à découvrir, et pour de nombreuses phosphatases connues, un substrat reste à identifier. Cependant, parmi les paires phosphatase/kinase bien étudiées, les phosphatases présentent une plus grande variété que leurs homologues kinases tant dans la forme que dans la fonction ; cela peut résulter du moindre degré de conservation parmi les phosphatases.

La calcineurine (PP2B) est une enzyme protéine phosphatase impliquée dans le fonctionnement du système immunitaire.

Protéines phosphatases

Article principal: Protéine phosphatase

Une protéine phosphatase est une enzyme qui déphosphoryle un résidu d'acide aminé de son substrat protéique. Alors que les protéines kinases agissent comme des molécules de signalisation en phosphorylant les protéines, les phosphatases éliminent le groupe phosphate, ce qui est essentiel si le système de signalisation intracellulaire doit pouvoir se réinitialiser pour une utilisation future. Le travail en tandem des kinases et des phosphatases constitue un élément important du réseau de régulation de la cellule. La phosphorylation (et la déphosphorylation) est l'un des modes les plus courants de modification post - traductionnelle des protéines, et on estime qu'à un moment donné, jusqu'à 30 % de toutes les protéines sont phosphorylées. Deux protéines phosphatases notables sont PP2A et PP2B. La PP2A est impliquée dans de multiples processus de régulation, tels que la réplication, le métabolisme, la transcription et le développement de l'ADN. La PP2B, également appelée calcineurine , est impliquée dans la prolifération des cellules T ; à cause de cela, c'est la cible de certains médicaments qui cherchent à supprimer le système immunitaire.

Les nucléosides et les nucléotides diffèrent par un phosphate, qui est clivé des nucléotides par les nucléotidases.

Nucléotidases

Article principal : Nucléotidase

Une nucléotidase est une enzyme qui catalyse l'hydrolyse d'un nucléotide , formant un nucléoside et un ion phosphate. Les nucléotidases sont essentielles à l' homéostasie cellulaire , car elles sont en partie responsables du maintien d'un rapport équilibré entre les nucléotides et les nucléosides. Certaines nucléotidases fonctionnent à l'extérieur de la cellule, créant des nucléosides qui peuvent être transportés dans la cellule et utilisés pour régénérer des nucléotides via des voies de récupération . À l'intérieur de la cellule, les nucléotidases peuvent aider à maintenir les niveaux d'énergie dans des conditions de stress. Une cellule privée d'oxygène et de nutriments peut cataboliser plus de nucléotides pour augmenter les niveaux de nucléosides triphosphates tels que l' ATP , la principale monnaie d'énergie de la cellule.

Dans la néoglucogenèse

Les phosphatases peuvent également agir sur les glucides , tels que les intermédiaires de la néoglucogenèse . La néoglucogenèse est une voie de biosynthèse dans laquelle le glucose est créé à partir de précurseurs non glucidiques ; la voie est essentielle car de nombreux tissus ne peuvent tirer de l'énergie que du glucose. Deux phosphatases, la glucose-6-phosphatase et la fructose-1,6-bisphosphatase, catalysent des étapes irréversibles de la néoglucogenèse. Chacun clive un groupe phosphate d'un intermédiaire phosphate de sucre à six carbones .

Classification

Au sein de la classe plus large des phosphatases, la Commission des enzymes reconnaît 104 familles d'enzymes distinctes. Les phosphatases sont classées par spécificité de substrat et homologie de séquence dans les domaines catalytiques. Malgré leur classification en plus d'une centaine de familles, toutes les phosphatases catalysent toujours la même réaction générale d'hydrolyse.

Dans les expériences in vitro, les enzymes phosphatases semblent reconnaître de nombreux substrats différents, et un substrat peut être reconnu par de nombreuses phosphatases différentes. Cependant, lorsque des expériences ont été menées in vivo, les enzymes phosphatases se sont révélées incroyablement spécifiques. Dans certains cas, une protéine phosphatase (c'est-à-dire définie par sa reconnaissance de substrats protéiques) peut catalyser la déphosphorylation de substrats non protéiques. De même, les tyrosine phosphatases à double spécificité peuvent déphosphoryler non seulement les résidus tyrosine , mais également les résidus sérine . Ainsi, une phosphatase peut présenter les qualités de plusieurs familles de phosphatases.

Voir également

Les références

Liens externes