A pirofosfatase inorgánica (ou difosfatase inorgánica, PPase) é un encima () que cataliza a conversión dun ión pirofosfato (PPi) en dous ións fosfato. Esta é unha reacción fortemente exergónica e, polo tanto, pode acoplarse a transformacións bioquímicas desfavorables para facelas posibles. A función deste encima é fundamental no metabolismo de lípidos (incluíndo a síntese e degradación de lípidos), absorción do calcio e formación dos ósos, na síntese de ADN, así como noutras transformacións bioquímicas.

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.

Estrutura 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.

Os seres humanos posúen dous xenes que codifican pirofosfatases, PPA1 e PPA2. O locus de PPA1 está no cromosoma 10, e o de PPA2 no cromosoma 4.

Mecanismo

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.

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.

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. O ATP funciona tamén como un activador alostérico en Escherichia coli, mentres que o fluoruro inhibe a hidrólise do pirofosfato en lévedos.

Función e importancia biolóxica A hidrólise do pirofosfato inorgánico dando dous ións fosfato utilízase en moitas vías bioquímicas para facer as reaccións irreversibles. 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.

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.

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. 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 O exame das formas procariota e eucariota da pirofosfatase inorgánica soluble (sPPase, ) 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. 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.

Notas

Véxase tamén Ligazóns externas

Bibliografía

Categoría:Familias de proteínas Categoría:Hidrolases