En bioquímica , una fosfatasa es una enzima que utiliza agua para escindir un monoéster de ácido fosfórico en un ion fosfato y un alcohol . Debido a que una enzima fosfatasa cataliza la hidrólisis de su sustrato , es una subcategoría de hidrolasas . [1] Las enzimas fosfatasas son esenciales para muchas funciones biológicas, porque la fosforilación (por ejemplo, por proteínas quinasas ) y la desfosforilación (por fosfatasas) desempeñan diversas funciones en la regulación y señalización celular . [2] Mientras que las fosfatasas eliminan los grupos fosfato de las moléculas, las quinasas catalizan la transferencia de grupos fosfato a las moléculas desde el ATP . Juntas, las quinasas y las fosfatasas dirigen una forma de modificación postraduccional que es esencial para la red reguladora de la célula. [3]
Las enzimas fosfatasa no deben confundirse con las enzimas fosforilasa , que catalizan la transferencia de un grupo fosfato del hidrogenofosfato a un aceptor. Debido a su prevalencia en la regulación celular, las fosfatasas son un área de interés para la investigación farmacéutica. [4] [5]
Las fosfatasas catalizan la hidrólisis de un fosfomonoéster, eliminando un resto fosfato del sustrato. El agua se divide en la reacción, con el grupo -OH uniéndose al ion fosfato y el H+ protonando el grupo hidroxilo del otro producto. El resultado neto de la reacción es la destrucción de un fosfomonoéster y la creación tanto de un ion fosfato como de una molécula con un grupo hidroxilo libre. [4]
Las fosfatasas son capaces de desfosforilar sitios aparentemente diferentes en sus sustratos con gran especificidad. La identificación del "código de fosfatasa", es decir, los mecanismos y reglas que gobiernan el reconocimiento de sustratos para las fosfatasas, aún es un trabajo en progreso, pero el primer análisis comparativo de todas las proteínas fosfatasas codificadas en nueve genomas de 'fosfatomas' eucariotas ya está disponible. [6] Los estudios revelan que las llamadas "interacciones de acoplamiento" desempeñan un papel importante en la unión del sustrato. [3] Una fosfatasa reconoce e interactúa con varios motivos (elementos de estructura secundaria) en su sustrato; Estos motivos se unen con baja afinidad a los sitios de acoplamiento de la fosfatasa, que no están contenidos en su sitio activo . Aunque cada interacción de acoplamiento individual es débil, muchas interacciones ocurren simultáneamente, lo que confiere un efecto acumulativo sobre la especificidad de unión. [7] Las interacciones de acoplamiento también pueden regular alostéricamente las fosfatasas y así influir en su actividad catalítica. [8]
A diferencia de las quinasas, las enzimas fosfatasas reconocen y catalizan una gama más amplia de sustratos y reacciones. Por ejemplo, en humanos, las quinasas Ser/Thr superan en número a las fosfatasas Ser/Thr por un factor de diez. [4] Hasta cierto punto, esta disparidad resulta de un conocimiento incompleto del fosfatoma humano , es decir, del conjunto completo de fosfatasas expresadas en una célula, tejido u organismo. [3] Aún no se han descubierto muchas fosfatasas y, para numerosas fosfatasas conocidas, aún no se ha identificado un sustrato. Sin embargo, entre los pares fosfatasa/quinasa bien estudiados, las fosfatasas exhiben una mayor variedad que sus contrapartes quinasas tanto en forma como en función; esto puede deberse al menor grado de conservación entre las fosfatasas. [4]
No deben confundirse las fosfatasas con las fosforilasas , que añaden grupos fosfato.
Una proteína fosfatasa es una enzima que desfosforila un residuo de aminoácido de su sustrato proteico. Mientras que las proteínas quinasas actúan como moléculas de señalización fosforilando proteínas, las fosfatasas eliminan el grupo fosfato, lo cual es esencial para que el sistema de señalización intracelular pueda restablecerse para uso futuro. El trabajo en tándem de quinasas y fosfatasas constituye un elemento importante de la red reguladora de la célula. [9] La fosforilación (y desfosforilación) se encuentra entre los modos más comunes de modificación postraduccional en las proteínas y se estima que, en un momento dado, hasta el 30% de todas las proteínas están fosforiladas. [10] [11] Dos proteínas fosfatasas notables son PP2A y PP2B. PP2A participa en múltiples procesos regulatorios, como la replicación, el metabolismo, la transcripción y el desarrollo del ADN. PP2B, también llamada calcineurina , interviene en la proliferación de células T ; debido a esto, es el objetivo de algunos fármacos que buscan suprimir el sistema inmunológico. [9]
Una nucleotidasa es una enzima que cataliza la hidrólisis de un nucleótido , formando un nucleósido y un ion fosfato. [12] Las nucleotidasas son esenciales para la homeostasis celular , porque son parcialmente responsables de mantener una proporción equilibrada de nucleótidos y nucleósidos. [13] Algunas nucleotidasas funcionan fuera de la célula, creando nucleósidos que pueden transportarse al interior de la célula y usarse para regenerar nucleótidos a través de vías de rescate . [14] Dentro de la célula, las nucleotidasas pueden ayudar a mantener los niveles de energía en condiciones de estrés. Una célula privada de oxígeno y nutrientes puede catabolizar más nucleótidos para aumentar los niveles de nucleósidos trifosfato como el ATP , la principal moneda energética de la célula. [15]
Las fosfatasas también pueden actuar sobre los carbohidratos , como los intermediarios en la gluconeogénesis . La gluconeogénesis es una vía biosintética en la que la glucosa se crea a partir de precursores no carbohidratos; la vía es esencial porque muchos tejidos sólo pueden obtener energía de la glucosa. [9] Dos fosfatasas, la glucosa-6-fosfatasa y la fructosa-1,6-bisfosfatasa, catalizan pasos irreversibles en la gluconeogénesis. [16] [17] Cada uno escinde un grupo fosfato de un intermediario de fosfato de azúcar de seis carbonos .
Dentro de la clase más amplia de fosfatasa, la Comisión de Enzimas reconoce 104 familias de enzimas distintas. Las fosfatasas se clasifican por especificidad de sustrato y homología de secuencia en dominios catalíticos. [3] A pesar de su clasificación en más de cien familias, todas las fosfatasas todavía catalizan la misma reacción de hidrólisis general. [1]
En experimentos in vitro, las enzimas fosfatasas parecen reconocer muchos sustratos diferentes, y un sustrato puede ser reconocido por muchas fosfatasas diferentes. Sin embargo, cuando se llevaron a cabo experimentos in vivo, se demostró que las enzimas fosfatasas son increíblemente específicas. [3] En algunos casos, una proteína fosfatasa (es decir, una definida por su reconocimiento de sustratos proteicos) puede catalizar la desfosforilación de sustratos no proteicos. [4] De manera similar, las tirosina fosfatasas de especificidad dual pueden desfosforilar no solo los residuos de tirosina , sino también los residuos de serina . Por tanto, una fosfatasa puede exhibir las cualidades de múltiples familias de fosfatasas. [9]
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