Fosfatase alcalina

As fosfatases alcalinas (ALPs) são um grupo de enzimas hidrolases, localizadas na camada externa da membrana celular, que possuem a função fisiológica de catalisar a desfosforilação de compostos, como os nucleotídeos, isto é, remover grupos fosfato de espécies bioquímicas.[1] É um dímero de peso molecular de subunidades de 94 kDa, sendo estável ao calor e mais ativa em soluções alcalinas, possuindo atividade ótima em pH 8.[2] Ela é encontrada em diversos organismos, procariontes e eucariontes, tendo a mesma função geral com isoformas adequadas ao ambiente em que funcionam e é produzida por diversos órgãos e/ou tecidos, como ossos, fígado e placenta.[1]

Fosfatase alcalina
Fosfatase alcalina
Representação da estrutura da fosfatase alcalina de Escherichia coli. PDB 1ALK
Indicadores
Número EC 3.1.3.1
Número CAS 9001-78-9--
Bases de dados
IntEnz IntEnz
BRENDA BRENDA
ExPASy NiceZyme
KEGG KEGG
MetaCyc via metabólica
PRIAM PRIAM
Estruturas PDB RCSB PDB PDBe PDBj PDBsum
Gene Ontology AmiGO / EGO

A reação de desfosforilação catalisada pela ALP envolve a liberação de um grupo fosfato inorgânico (Pi), devido a hidrolise da água, e a formação de um álcool.[3]

ROPO32- + HOH → HOPO32- + ROH

Estrutura e atividade[2][3][4][5][6] editar

Cada subunidade da fosfatase alcalina contém dois íons Zn2+ (separados por uma distância de 4 Å) e um íon Mg2+ localizado a 5-7 Å do sítio binuclear de zinco. Os dois íons zinco(II) formam o sítio catalítico e o papel do cátion magnésio(II) é, principalmente, estrutural, não estando relacionado à catálise. Ambos os íons Zn2+ são coordenados por resíduos de histidina (His) e aspartato (Asp), enquanto o Mg2+ está coordenado a águas e resíduos de aspartato (Asp), glutamato (Glu) e treonina (Thr).

Um dos íons Zn2+ está próximo ao grupo hidroxila da serina (Ser), o que diminui o pKa da hidroxila e facilita sua reação nucleofílica com o éster de fosfato; e o segundo íon Zn2+ estabiliza a carga negativa gerada pelo grupo alcóxido liberado durante a reação catalítica dessa enzima.

O fosfato intermediário pentacoordenado bipirâmide trigonal é estabilizado tanto pelo Zn2+ quanto por uma cadeia lateral vizinha carregada positivamente (um grupo guanidínio de arginina, Arg); e o éster de fosfato formado pela serina permanece ligado ao Zn2+. Vale salinetar, ainda, que o pKa do íon Zn(II) aquoso é 8,8 e, portanto, a coordenação de uma molécula H2O ao Zn(II) pode gerar um nucleófilo OH- capaz de deslocar o grupo fosforila do intermediário da fosfoserina, conectando, assim, os dois centros de Zn2+ através do fosfato inorgânico obtido como produto.

Uso na pesquisa científica editar

A fosfatase alcalina tornou-se uma ferramenta muito útil nos laboratórios de Biologia Molecular. É empregada principalmente na remoção dos grupos fosfato das extremidades 5' das moléculas de DNA, impedindo a ligação dessa extremidade com outras moléculas de DNA. A fosfatase alcalina também é muito utilizada para marcação radioativa. A remoção desses fosfatos permite a sua substituição por grupos radioativos, possibilitando a identificação futura dessas moléculas.[7]

Também é usada em ensaios de imunodetecção, onde a enzima é acoplada a um anticorpo específico.

Os cientistas estão, atualmente, explorando o aumento do fator de necrose tumoral-α e seu impacto direto na expressão da fosfatase alcalina em células musculares lisas vasculares. Estão investigando de que maneira a fosfatase alcalina (ALP) influencia as respostas inflamatórias, podendo desempenhar um papel fundamental na prevenção de danos aos órgãos.[8] Além disso, buscam verificar qual impacto a ALP possui frente as respostas inflamatórias em indivíduos com doença renal crônica, se está diretamente ligada à presença de anemia[9], e avaliar a eficácia de inibidores da ALP e seu efeito na Permeabilidade Intestinal Aumentada (PIA) durante a inflamação intestinal aguda.[10]

Uso na indústria editar

Um uso comum da fosfatase alcalina na indústria é como marcador da pasteurização.[11][12]

Uso no diagnóstico editar

A hiperfosfatasemia (fosfatase alcalina total no sangue elevada) pode estar relacionada às seguintes condições patológicas:

As isoenzimas produzidas pelo fígado e pelo osso podem ser separadas por electroforese para melhor perceber o motivo de um valor elevado nas análises; contudo uma elevação simultânea da GGT (gamaglutamiltranspeptidase) sugere que é o fígado a causa da fosfatase alcalina elevada.

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  1. a b Lowe, Dhruv; Sanvictores, Terrence; Zubair, Muhammad; John, Savio (2023). «Alkaline Phosphatase». Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. PMID 29083622. Consultado em 17 de novembro de 2023 
  2. a b Bertini, Ivano, ed. (2007). Biological inorganic chemistry: structure and reactivity. Sausalito, Calif: Univ. Science Books 
  3. a b Berg, Jeremy M; Lippard, Stephen J (abril de 2004). «Bioinorganic chemistry». Current Opinion in Chemical Biology (2): 160–161. ISSN 1367-5931. doi:10.1016/j.cbpa.2004.02.014. Consultado em 17 de novembro de 2023 
  4. Kim, Eunice E.; Wyckoff, Harold W. (março de 1991). «Reaction mechanism of alkaline phosphatase based on crystal structures». Journal of Molecular Biology (em inglês) (2): 449–464. doi:10.1016/0022-2836(91)90724-K. Consultado em 17 de novembro de 2023 
  5. Crichton, Robert R. (2012). «Structural and Molecular Biology for Chemists». Elsevier: 35–68. Consultado em 17 de novembro de 2023 
  6. Fraústo da Silva, J J R; Williams, R J P (16 de agosto de 2001). The Biological Chemistry of the Elements. [S.l.]: Oxford University PressOxford 
  7. Maxam, Allan M.; Gilbert, Walter (1 de janeiro de 1980). «[57] Sequencing end-labeled DNA with base-specific chemical cleavages». Academic Press. Nucleic Acids Part I: 499–560. Consultado em 17 de novembro de 2023 
  8. Charnow, Jody A. (16 de abril de 2010). «Alkaline Phosphatase May Be a Marker of Inflammation in CKD Patients». Renal and Urology News (em inglês). Consultado em 17 de novembro de 2023 
  9. Maxam, Allan M.; Gilbert, Walter (1 de janeiro de 1980). «[57] Sequencing end-labeled DNA with base-specific chemical cleavages». Academic Press. Nucleic Acids Part I: 499–560. Consultado em 17 de novembro de 2023 
  10. Wang, Wei; Chen, Shan-Wen; Zhu, Jing; Zuo, Shuai; Ma, Yuan-Yuan; Chen, Zi-Yi; Zhang, Jun-Ling; Chen, Guo-Wei; Liu, Yu-Cun (1 de maio de 2015). «Intestinal Alkaline Phosphatase Inhibits the Translocation of Bacteria of Gut-Origin in Mice with Peritonitis: Mechanism of Action». PLoS ONE: e0124835. doi:10.1371/journal.pone.0124835. Consultado em 17 de novembro de 2023 
  11. Kay, H (junho de 1935). «SOME RESULTS OF THE APPLICATION OF A SIMPLE TEST FOR EFFICIENCY OF PASTEURISATION». The Lancet (em inglês) (5835): 1516–1518. doi:10.1016/S0140-6736(01)12532-8. Consultado em 17 de novembro de 2023 
  12. Hoy, W.A.; Neave, F.K. (setembro de 1937). «THE PHOSPHATASE TEST FOR EFFICIENT PASTEURISATION». The Lancet (em inglês) (5949): 595–598. doi:10.1016/S0140-6736(00)83378-4. Consultado em 17 de novembro de 2023