ПИРОФОСФАТАЗЫ
ПИРОФОСФАТАЗЫ — группа ферментов, катализирующих расщепление кислотно-ангидридных связей в неорганических пирофосфатах, а также в органических эфирах пирофосфорной кислоты с образованием свободного ортофосфата или органических фосфомоноэфиров; относятся к классу гидролаз и подклассу гидролаз фосфорилсодержа-щих ангидридов (КФ 3.6.1); биологическая роль этих ферментов связана с регуляцией процессов обмена веществ и энергии в клетке. П., регулируя обмен фосфорных соединении и интенсивность биосинтетических процессов, участвуют в метаболизме белков, углеводов, нуклеиновых к-т, а также ряда важных коферментов. Их физиол, роль отчасти заключается в подавлении обратимости биосинтетических реакций, напр, в процессах активации жирных к-т и аминокислот (образование ациладенилатов), но этим их функция не исчерпывается, поскольку пирофосфат представляет собой энергетический донор, в известной мере дублирующий АТФ; предполагают также, что мембранные П. участвуют в процессах трансформации энергии. Изменение активности П. в некоторых биол, субстратах отмечено при ряде заболеваний, однако эти явления не нашли применения в диагностической практике. Способностью расщеплять пирофосфат обладают также многие неспецифические фосфогидролазы, в частности всевозможные фосфатазы (см.).
По характеру каталитического действия все П. являются аигид-ридфосфатазами, расщепляющими кислотно-ангидридную связь при участии молекулы воды. Важнейший представитель П.— неорганическая пирофосфатаза (пирофосфат — фос-фогидролаза; КФ 3.6.1.1), основным субстратом которой служит неорганический пирофосфат (см. Фосфорные кислоты). Фермент действует обратимо и, т. о., может участвовать в синтезе пирофосфата, однако положение равновесия этой ферментативной реакции благоприятствует гидролизу фосфоангидридных связей. Неорганические П. чрезвычайно широко распространены в природе: они имеются в тканях животных (печень, почки, слизистая оболочка кишок, мозг, сердечная мышца и т. д.), в растениях, грибах и микроорганизмах. Ферменты, выделенные из разных источников, обнаруживают большое сходство физических, химических и каталитических свойств, различия в основном касаются отношения различных П. к двухвалентным катионам и оптимального значения pH. По последнему критерию неорганические П. делят на три группы: I — оптимальная зона pH от 7,0 до 8,5; 11 — оптимальная зона pH от 5,0 до 5,5; III — оптимальная зона pH от 3,2 до 4,0. Во многих тканях выявлено наличие множественных форм неорганической П., причем количество и свойства изоферментов (см.) П. различны в разных видах клеток и клеточных органелл. Субстратная специфичность фермента и его кинетические параметры зависят от внутриклеточной локализации.
Необходимое условие проявления активности щелочных П.— наличие ионов Mg2+, хотя высокие концентрации ионов Mg2+ могут ингибировать фермент. Активация осуществляется, по-видимому, за счет связывания иона металла со свободным субстратом, хотя не исключается и непосредственная активация самого фермента. Антагонистами ионов Mg2+ являются ионы Cu2+, Co2+, Mn2+, но в отсутствие ионов Mg2+ ионы Co2+, Mn2+ и Zn2+ могут оказывать слабое активирующее действие на П., причем ионы Zn2+ в ряде случаев вызывают увеличение числа гидролизуемых субстратов: фермент приобретает способность гидролизовать различные нуклеозид-ди- и трифосфаты. Для неорганических П. характерен аллостерический тип регуляции (одним из аллосте-рических эффекторов является АТФ). Молекулы индивидуальных ферментов могут состоять из нескольких субъединиц.
П., проявляющие максимальную активность в кислой среде, пе нуждаются в двухвалентных катионах и, как правило, обладают более широкой субстратной специфичностью, чем П. с оптимумом активности в щелочной или нейтральной областях pH. Кислые П. чаще встречаются в растительных объектах.
Органические П.— нуклеозидпи-рофосфатазы и нуклеотидпирофос-фатазы — катализируют расщепление фосфоангидридных связей, в которых обе фосфатные группы замещены органическими заместителями. Напр., динуклеотид-нуклеотидо-гидролаза (КФ 3.6.1.9) гидролизует никотинамидные коферменты (см.). Фермент не обладает абсолютной субстратной специфичностью и наряду с НАД и НАДФ может расщеплять ФАД, КоА, тиаминпирофосфат, а также АДФ и АТФ. Большинство ферментов животных тканей гидролизует НАД-H значительно активнее, чем НАД+. В ряде органов млекопитающих, а также в тканях высших растений и грибов обнаружена тиаминпирофосфатаза (нуклеозид-дифосфат — фосфогидролаза; КФ 3.6.1.6), избирательно гидролизующая тиаминдифосфат и другие фосфорилированные производные витамина B1. Дополнительными субстратами для нее могут служить нек-рые нуклеозиддифосфаты: гуанозин, уридин- и цитидиндифосфаты. В большинстве животных тканей этот фермент наиболее активен при щелочных значениях pH (8,0—9,0); в почках и печени выявлены его изоферменты с оптимумом активности при pH 5,0. Для проявления активности фермента необходимы ионы Mg2+.
Локализация тиаминпирофосфа-тазы чрезвычайно разнообразна. Фермент печени, напр., биохимически определяется во всех структурных компонентах клеток; гистохимически он обнаружен в ядрах гепатоцитов, в желчных капиллярах, в пластинчатом комплексе (аппарате Гольджи) и других компонентах эндомембранных систем, а также в плазматических и митохондриальных мембранах. Многообразие локализации тиаминпирофосфатазы обусловлено ее разнообразными функциями, что в свою очередь связано с важной физиол, ролью этого фермента — участием в регуляции обмена углеводов, белков, липидов, фосфорных и других соединений. Его функции реализуются через специфическую коферментную и неко-ферментную метаболическую активность тиаминпирофосфата. Так, тиаминпирофосфатаза контролирует в печени депонирование витамина В* (см. Тиамин) в форме тиаминфос-фатов и его мобилизацию, может участвовать в трансмембранном транспорте ионов, влиять на проницаемость мембран, регулировать чувствительность нервных клеток к анестетикам и другим нейротропным агентам. Установлено существование корреляции между активностью клеточной тиаминпирофосфатазы и интенсивностью секреторной функции ряда органов (эпидидимус, гипоталамус).
Во многих органах млекопитающих и человека отмечают повышение активности тиаминпирофосфатазы при B1-гиповитаминозе; в печени активность ферментов возрастает при отравлении четыреххлористым углеродом и при дифтерийной интоксикации. При заболевании юношеским ганглиозидозом (см. Гликозидозы) это явление наблюдают в нейронах головного мозга. Привлекает внимание возможность использования в диагностических целях измерения активности тиаминпирофосфатазы. Напр., резкое снижение активности фермента в базальной мембране клеток молочной железы отмечают при развитии аденокарциномы; для клеток гепатомы, напротив, характерно увеличение активности фермента в пластинчатом комплексе. Повышение активности тиаминпирофосфатазы в эпителии тонкой кишки было обнаружено в биопсийном материале при различных идиопатиях.
Большинство методов определения активности П. основано на колориметрическом или радиоизотопном измерении количества неорганического ортофосфата, являющегося продуктом реакции, катализируемой П.
См. также Ферменты.
Библиография: Кокарбоксилаза и другие тиа-минфосфаты, под ред. Ю. М. Островского, с. 89, Минск, 1974; Номенклатура ферментов, пер. с англ., под ред. А. Е. Браунштейна, М., 1979; The enzymes, ed. by P. D. Boyer, v. 4, p. 499, 529, N. Y.— L., 1971; Methods in enzymology, ed. by S. P. Colowick a. N. O. Kaplan, v. 18, pt A, p. 227, N. Y. — L., 1970.
П. Л. Иванов.