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'''ホスファターゼ'''（Phosphatase；{{EC_number|3.1.3}}）とは、リン酸モノエステル加水分解酵素（ホスホモノエステラーゼ）のこと。[[リン酸]]モノ[[エステル]]または[[ポリリン酸]]化合物を[[加水分解]]し、リン酸と、[[水酸基]]を持つ化合物とに変換する'''脱リン酸化酵素'''である。[[ホスホリラーゼ]]あるいは[[キナーゼ]]によって行われる[[リン酸化]]の逆の効果を果たす。なお広義に、リン酸ジエステル加水分解酵素（[[ホスホジエステラーゼ]]）を含めることもある。 |
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'''ホスファターゼ'''（Phosphatase；{{EC_number|3.1.3}}）とは、リン酸モノエステル加水分解酵素（ホスホモノエステラーゼ）のことであり、[[リン酸]]モノ[[エステル]]または[[ポリリン酸]]化合物を[[加水分解]]し、リン酸と、[[水酸基]]を持つ化合物とに変換する'''脱リン酸化酵素'''である。ホスファターゼが[[基質 (化学)|基質]]の[[加水分解]]を行うことから、[[加水分解酵素]]に分類される<ref name=":0">{{Cite web |url=http://enzyme.expasy.org/EC/3.1.3.- |title=ENZYME: 3.1.3.- |website=enzyme.expasy.org |language=en |access-date=2017-02-21}}</ref>。[[プロテインキナーゼ]]などによる[[リン酸化]]とホスファターゼによる{{仮リンク|脱リン酸化|en|Dephosphorylation}}が{{仮リンク|細胞成長|en|cell growth|label=細胞制御}}や細胞[[シグナル伝達]]（[[:en:Cell Signaling|英語版]]）において多くの役割を担っているので、ホスファターゼは多くの生物的機能にとって重要である<ref>{{Cite journal |last=Liberti |first=Susanna|last2=Sacco |first2=Francesca|last3=Calderone|first3=Alberto |last4=Perfetto |first4=Livia |last5=Iannuccelli|first5=Marta |last6=Panni |first6=Simona|last7=Santonico |first7=Elena |last8=Palma |first8=Anita |last9=Nardozza |first9=Aurelio P. |date=2013-01-01 |title=HuPho: the human phosphatase portal |url=http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1742-4658.2012.08712.x/abstract |journal={{仮リンク|The FEBS Journal|en|The FEBS Journal}} |language=en |volume=280 |issue=2 |pages=379–387 |doi=10.1111/j.1742-4658.2012.08712.x}}</ref>。ホスファターゼが分子からリン酸基を取り除く一方で、[[キナーゼ]]は[[アデノシン三リン酸|ATP]]から分子へのリン酸基の転位を進める。同時にキナーゼとホスファターゼは細胞制御ネットワークにとって重要な[[翻訳後修飾]]を指示する<ref name=":3">{{Cite journal|last=Sacco |first=Francesca|last2=Perfetto|first2=Livia |last3=Castagnoli|first3=Luisa |last4=Cesareni |first4=Gianni |date=2012-08-14 |title=The human phosphatase interactome: An intricate family portrait |journal={{仮リンク|FEBS Letters |en|FEBS Letters}} |volume=586 |issue=17 |pages=2732–2739 |doi=10.1016/j.febslet.2012.05.008 |pmc=3437441 |pmid=22626554}}</ref>。 ホスファターゼはリン酸分子から[[電子伝達体]]に[[リン酸基]]を動かす反応を触媒する[[ホスホリラーゼ]]と混同してはならない。ホスファターゼは細胞制御を支配しているため、[[製薬]]研究においても関心を集めている<ref name=":1">{{Cite journal |last=Li |first=Xun |last2=Wilmanns |first2=Matthias |last3=Thornton|first3=Janet |last4=Köhn |first4=Maja|date=2013-05-14 |title=Elucidating Human Phosphatase-Substrate Networks |url=http://stke.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/scisignal.2003203 |journal={{仮リンク|Science Signaling|en|Science Signaling}}|volume=6|issue=275 |pages=rs10 |doi=10.1126/scisignal.2003203}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Bodenmiller |first=Bernd |last2=Wanka |first2=Stefanie |last3=Kraft |first3=Claudine |last4=Urban|first4=Jörg |last5=Campbell|first5=David |last6=Pedrioli |first6=Patrick G. |last7=Gerrits |first7=Bertran |last8=Picotti |first8=Paola |last9=Lam |first9=Henry |date=2010-12-21 |title=Phosphoproteomic Analysis Reveals Interconnected System-Wide Responses to Perturbations of Kinases and Phosphatases in Yeast |url=http://stke.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/scisignal.2001182 |journal=Science Signaling |volume=3 |issue=153|pages=rs4 |doi=10.1126/scisignal.2001182| pmc=3072779 |pmid=21177495}}</ref>。 |
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なお広義に、リン酸ジエステル加水分解酵素（[[ホスホジエステラーゼ]]）を含めることもある。 |
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== 生化学 == |
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[[ファイル:General phosphatase mechanism.png|thumb|542x542px|ホスファターゼが触媒する反応の一般的な反応機構]] |
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ホスファターゼは{{仮リンク|リン酸モノエステル|en|phosphomonoesters}}を[[加水分解]]し、基質からリン酸[[部分 (化学)|部分]]を取り除く反応を触媒する。反応中に水が割り込み、リン酸イオンにOH基が結合して、もう一方の化合物の[[ヒドロキシ基]]がプロトン化される。結局、反応全体としてはリン酸モノエステルが分解して[[リン酸]]とフリーなヒドロキシ基をもつ分子が生成している<ref name=":1" />。 |
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ホスファターゼは非常に特異的に基質の見かけ上異なる部分に結合するリン酸基を脱リン酸化することができる。ホスファターゼが基質を認識するメカニズムや規則である「ホスファターゼコード」の特定は現在進行中であるが、全ての[[プロテインホスファターゼ]]の比較分析から、9種の[[真核生物]]に共通して「ホスファトーム」(phosphatome)という[[ゲノム]]が存在することがわかっている<ref>{{Cite journal|last=Chen|first=Mark J.|last2=Dixon|first2=Jack E.|last3=Manning |first3=Gerard |date=2017-04-11 |title=Genomics and evolution of protein phosphatases |url=http://stke.sciencemag.org/content/10/474/eaag1796|journal={{仮リンク|Science Signaling|en|Science Signaling}} |language=en |volume=10 |issue=474 |pages=eaag1796 |doi=10.1126/scisignal.aag1796 |issn=1945-0877 |pmid=28400531}}</ref>。研究によって「{{仮リンク|ドッキング (分子)|en|Docking (molecular)|label=ドッキング}}相互作用」が基質との結合に重要な役割を果たしていることが明らかになった<ref name=":3" />。ホスファターゼは基質上の様々な[[モチーフ (生物学)|モチーフ]]を認識し、相互作用している。これらのモチーフは[[活性部位]]以外とは親和性が低く、結合しにくい。それぞれの{{仮リンク|タンパク質-リガンドドッキング|en|Protein–ligand docking|label=ドッキング}}部位での相互作用は弱いが、多くの相互作用が同時に起こるため、累積効果により[[基質特異性|結合特異性]]が生まれる<ref>{{Cite journal|last=Roy|first=Jagoree|last2=Cyert|first2=Martha S.|date=2009-12-08 |title=Cracking the Phosphatase Code: Docking Interactions Determine Substrate Specificity |url=http://stke.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/scisignal.2100re9|journal=Science Signaling |volume=2 |issue=100|pages=re9|doi=10.1126/scisignal.2100re9}}</ref>。ドッキング相互作用は[[アロステリック効果|アロステリック制御]]にも影響し、[[触媒]]活性を制御する<ref>{{Cite journal|last=Reményi|first=Attila|last2=Good|first2=Matthew C|last3=Lim |first3=Wendell A |date=2006-12-01 |title=Docking interactions in protein kinase and phosphatase networks |url=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959440X06001801|journal={{仮リンク|Current Opinion|en|Current Opinion (Elsevier)|label=Current Opinion in Structural Biology}} |series=Catalysis and regulation / Proteins |volume=16|issue=6 |pages=676–685 |doi=10.1016/j.sbi.2006.10.008}}</ref>。 |
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== 機能 == |
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[[キナーゼ]]とは対照的に、ホスファターゼは様々な基質を認識し、反応を触媒する。例えばヒトでは、{{仮リンク|セリン/トレオニン特異的タンパク質キナーゼ|en|Serine/threonine-specific protein kinase}}はセリン/トレオニンホスファターゼより10倍多い<ref name=":1" />。この不均衡はヒトのホスファトームについての知識、つまり細胞や組織など生体内でのホスファターゼの完全な表現が不十分であることが一因である<ref name=":3" />。多くのホスファターゼは未発見であり、発見されているものについても基質がわかっていないものが多い。しかし研究の進んでいるホスファターゼ/ キナーゼの組み合わせの中では、ホスファターゼは相方のキナーゼよりも形・機能の両面で多くの種類があることがわかっている。これはホスファターゼが不安定であることに起因していると考えられている<ref name=":1" />。 |
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[[File:Calcineurin.png|thumb|[[カルシニューリン]](PP2B)は[[免疫系]]で機能するプロテインホスファターゼ]] |
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=== プロテインホスファターゼ === |
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[[プロテインホスファターゼ]]はタンパク質のアミノ酸[[残基]]を脱リン酸化する酵素である。プロテインキナーゼがタンパク質のリン酸化において伝達物質になるのに対し、ホスファターゼはリン酸基を取り除く。この反応は、{{仮リンク|細胞内|en|intracellular}}で再び信号伝達ができるようにするのに非常に重要である。このようなキナーゼとホスファターゼの連携が膨大な数の細胞の制御を司っている<ref name=":2" />。リン酸化、そして脱リン酸化はタンパク質の[[翻訳後修飾]]の中でもっとも多い反応であり、全タンパク質の中で最大約30%がリン酸化されていると考えられている<ref>{{Cite journal|last=Cohen|first=Philip|date=2002-05-01|title=The origins of protein phosphorylation|journal=[[ネイチャー セルバイオロジー]]|volume=4|issue=5|pages=E127–130|doi=10.1038/ncb0502-e127|issn=1465-7392|pmid=11988757}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Tonks|first=Nicholas K.|title=Protein tyrosine phosphatases: from genes, to function, to disease|url=http://www.nature.com/doifinder/10.1038/nrm2039|journal={{仮リンク|ネイチャーレビューズ モルキュラーセルバイオロジー|en|Nature Reviews Molecular Cell Biology}}|volume=7|issue=11|pages=833–846|doi=10.1038/nrm2039|year=2006}}</ref>。 |
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著名なプロテインホスファターゼには{{仮リンク|プロテインホスファターゼ2|en|Protein Phosphatase 2}}(PP2A)と{{仮リンク|PP2B|en|PP2B}}がある。PP2Aは[[DNA複製]]や[[代謝]]、[[転写 (生物学)|転写]]や伸長など様々な制御プロセスに関わっている。[[カルシニューリン]]とも呼ばれるPP2Bは[[T細胞]]の分裂に関わっている。このため、[[免疫系]]の抑制を目的とする薬の標的となる<ref name=":2" />。[[File:Nucleoside nucleotide general format.png|thumb|358x358px|ヌクレオシドとヌクレオチドはリン酸基が1つ結合している点が異なっているが、ヌクレオチドのリン酸基はヌクレオチダーゼによって開裂する]] |
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=== ヌクレオチダーゼ === |
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[[ヌクレオチダーゼ]]は[[ヌクレオチド]]を加水分解し、[[ヌクレオシド]]とリン酸イオンを生成する反応を触媒する酵素である<ref>{{Cite web|url=http://enzyme.expasy.org/EC/3.1.3.31|title=ENZYME entry 3.1.3.31|website=enzyme.expasy.org|language=en-US|access-date=2017-03-21}}</ref>。ヌクレオチダーゼはヌクレオチドとヌクレオシドのバランスを維持する役割の一部を担っているため、細胞の[[恒常性]]を維持するのに重要である<ref>{{Cite journal |last=Bianchi |first=V |last2=Pontis |first2=E |last3=Reichard |first3=P |year=1986 |title=Interrelations between substrate cycles and de novo synthesis of pyrimidine deoxyribonucleoside triphosphates in 3T6 cells |pmc=322995|journal=[[米国科学アカデミー紀要]]|volume=83|pages=986–990 |doi=10.1073/pnas.83.4.986 |pmid=3456577}}</ref>。ある種のヌクレオチダーゼは細胞外で、細胞内に運搬して[[サルベージ経路]]を通ってヌクレオチドを作るのに使われるヌクレオシドを合成する機能がある<ref>{{Cite journal|last=Zimmermann|first=Herbert |last2=Zebisch|first2=Matthias |last3=Sträter|first3=Norbert |date=2012-09-01|title=Cellular function and molecular structure of ecto-nucleotidases|url=https://link.springer.com/article/10.1007/s11302-012-9309-4|journal={{仮リンク|Purinergic Signalling|en|Purinergic Signalling (journal)}} |
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|language=en|volume=8|issue=3 |pages=437–502 |doi=10.1007/s11302-012-9309-4 |issn=1573-9538|pmc=3360096|pmid=22555564}}</ref>。細胞内部ではストレスがかかるとヌクレオチダーゼがエネルギーレベルを維持するのに役立つ。酸素や栄養が供給されなくなった細胞では一次エネルギー源となる[[アデノシン三リン酸|ATP]]などのヌクレオシド三リン酸化物の維持のためより多くのヌクレオチドが[[異化 (生物学)|異化]]される |
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<ref>{{Cite journal|last=Hunsucker|first=Sally Anne|last2=Mitchell|first2=Beverly S.|last3=Spychala|first3=Jozef|date=2005-07-01|title=The 5'-nucleotidases as regulators of nucleotide and drug metabolism|journal={{仮リンク|Pharmacology & Therapeutics|en| |
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Pharmacology & Therapeutics}}|volume=107|issue=1 |pages=1–30|doi=10.1016/j.pharmthera.2005.01.003|issn=0163-7258|pmid=15963349}}</ref>。 |
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=== 糖新生でのホスファターゼ === |
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== 分類 == |
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1つのホスファターゼがただ1つの基質にしか反応しないわけではないから、ホスファターゼは現在受け入れられている分類システムとは相容れないところがある。一部のホスファターゼは結合する基質を選ばず、多くの異なる基質を認識し、逆に一つの基質が様々なホスファターゼに認識される<ref name=":3" />。認識する基質のタンパク質によって定義されるプロテインホスファターゼがタンパク質でない基質の脱リン酸化を触媒するケースもある.<ref name=":1" />。同様に、2つの基質に対して特異性を示す{{仮リンク|プロテインチロシンホスファターゼ|en|Protein tyrosine phosphatase}}が[[チロシン]]残基だけでなく[[セリン]]残基に対しても反応する。したがって、1つのホスファターゼが様々なファミリーの性質を示すことがある<ref name=":2">{{Cite book|url=https://www.worldcat.org/oclc/892195795|title=Fundamentals of biochemistry : life at the molecular level|last=G.|first=Voet, Judith|last2=W.|first2=Pratt, Charlotte|date=2013-01-01|publisher=Wiley|isbn=9781118129180|oclc=892195795}}</ref>。 |
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== 関連項目 == |
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*[[酸性ホスファターゼ]] |
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*[[アルカリホスファターゼ]] |
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*[[キナーゼ]] |
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*[[プロテインホスファターゼ]] |
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== 脚注 == |
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== 外部リンク == |
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* {{MeshName|Phosphatases}} |
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2018年10月24日 (水) 15:02時点における版
ホスファターゼ（Phosphatase；EC 3.1.3）とは、リン酸モノエステル加水分解酵素（ホスホモノエステラーゼ）のことであり、リン酸モノエステルまたはポリリン酸化合物を加水分解し、リン酸と、水酸基を持つ化合物とに変換する脱リン酸化酵素である。ホスファターゼが基質の加水分解を行うことから、加水分解酵素に分類される[1]。プロテインキナーゼなどによるリン酸化とホスファターゼによる脱リン酸化が細胞制御や細胞シグナル伝達（英語版）において多くの役割を担っているので、ホスファターゼは多くの生物的機能にとって重要である[2]。ホスファターゼが分子からリン酸基を取り除く一方で、キナーゼはATPから分子へのリン酸基の転位を進める。同時にキナーゼとホスファターゼは細胞制御ネットワークにとって重要な翻訳後修飾を指示する[3]。 ホスファターゼはリン酸分子から電子伝達体にリン酸基を動かす反応を触媒するホスホリラーゼと混同してはならない。ホスファターゼは細胞制御を支配しているため、製薬研究においても関心を集めている[4][5]。
なお広義に、リン酸ジエステル加水分解酵素（ホスホジエステラーゼ）を含めることもある。
ホスファターゼは基質特異性の低いタイプと高いタイプに分けられる。前者にはアルカリホスファターゼや酸性ホスファターゼがあり、p-ニトロフェニルリン酸などの発色基質により活性を測定することができる。後者にはグルコース-1-ホスファターゼやタンパク質ホスファターゼなどがある。
生化学
ホスファターゼはリン酸モノエステルを加水分解し、基質からリン酸部分を取り除く反応を触媒する。反応中に水が割り込み、リン酸イオンにOH基が結合して、もう一方の化合物のヒドロキシ基がプロトン化される。結局、反応全体としてはリン酸モノエステルが分解してリン酸とフリーなヒドロキシ基をもつ分子が生成している[4]。
ホスファターゼは非常に特異的に基質の見かけ上異なる部分に結合するリン酸基を脱リン酸化することができる。ホスファターゼが基質を認識するメカニズムや規則である「ホスファターゼコード」の特定は現在進行中であるが、全てのプロテインホスファターゼの比較分析から、9種の真核生物に共通して「ホスファトーム」(phosphatome)というゲノムが存在することがわかっている[6]。研究によって「ドッキング相互作用」が基質との結合に重要な役割を果たしていることが明らかになった[3]。ホスファターゼは基質上の様々なモチーフを認識し、相互作用している。これらのモチーフは活性部位以外とは親和性が低く、結合しにくい。それぞれのドッキング部位での相互作用は弱いが、多くの相互作用が同時に起こるため、累積効果により結合特異性が生まれる[7]。ドッキング相互作用はアロステリック制御にも影響し、触媒活性を制御する[8]。
機能
キナーゼとは対照的に、ホスファターゼは様々な基質を認識し、反応を触媒する。例えばヒトでは、セリン/トレオニン特異的タンパク質キナーゼはセリン/トレオニンホスファターゼより10倍多い[4]。この不均衡はヒトのホスファトームについての知識、つまり細胞や組織など生体内でのホスファターゼの完全な表現が不十分であることが一因である[3]。多くのホスファターゼは未発見であり、発見されているものについても基質がわかっていないものが多い。しかし研究の進んでいるホスファターゼ/ キナーゼの組み合わせの中では、ホスファターゼは相方のキナーゼよりも形・機能の両面で多くの種類があることがわかっている。これはホスファターゼが不安定であることに起因していると考えられている[4]。
プロテインホスファターゼ
プロテインホスファターゼはタンパク質のアミノ酸残基を脱リン酸化する酵素である。プロテインキナーゼがタンパク質のリン酸化において伝達物質になるのに対し、ホスファターゼはリン酸基を取り除く。この反応は、細胞内で再び信号伝達ができるようにするのに非常に重要である。このようなキナーゼとホスファターゼの連携が膨大な数の細胞の制御を司っている[9]。リン酸化、そして脱リン酸化はタンパク質の翻訳後修飾の中でもっとも多い反応であり、全タンパク質の中で最大約30%がリン酸化されていると考えられている[10][11]。
著名なプロテインホスファターゼにはプロテインホスファターゼ2(PP2A)とPP2Bがある。PP2AはDNA複製や代謝、転写や伸長など様々な制御プロセスに関わっている。カルシニューリンとも呼ばれるPP2BはT細胞の分裂に関わっている。このため、免疫系の抑制を目的とする薬の標的となる[9]。
ヌクレオチダーゼ
ヌクレオチダーゼはヌクレオチドを加水分解し、ヌクレオシドとリン酸イオンを生成する反応を触媒する酵素である[12]。ヌクレオチダーゼはヌクレオチドとヌクレオシドのバランスを維持する役割の一部を担っているため、細胞の恒常性を維持するのに重要である[13]。ある種のヌクレオチダーゼは細胞外で、細胞内に運搬してサルベージ経路を通ってヌクレオチドを作るのに使われるヌクレオシドを合成する機能がある[14]。細胞内部ではストレスがかかるとヌクレオチダーゼがエネルギーレベルを維持するのに役立つ。酸素や栄養が供給されなくなった細胞では一次エネルギー源となるATPなどのヌクレオシド三リン酸化物の維持のためより多くのヌクレオチドが異化される [15]。
糖新生でのホスファターゼ
ホスファターゼは炭水化物に対しても糖新生の中間生成物として働く。糖新生はグルコースを炭水化物ではない前駆体から生合成する経路である。多くの生体組織はグルコースからしかエネルギーを得られないので、この経路は重要である[9]。グルコース-6-ホスファターゼとフルクトース-1,6-ビスホスファターゼという2つのホスファターゼが糖新生の不可逆ステップを触媒する[16][17]。それぞれがヘキソースの糖リン酸中間体からリン酸基を取り除く。
分類
酵素委員会はホスファターゼの大分類として104のファミリーを認定している。ホスファターゼは基質特異性と触媒ドメインにおける配列相同性によって分類される[3]。ホスファターゼのファミリーは100以上存在するが、その全てが全体的には同じ加水分解反応を触媒する[1]。
1つのホスファターゼがただ1つの基質にしか反応しないわけではないから、ホスファターゼは現在受け入れられている分類システムとは相容れないところがある。一部のホスファターゼは結合する基質を選ばず、多くの異なる基質を認識し、逆に一つの基質が様々なホスファターゼに認識される[3]。認識する基質のタンパク質によって定義されるプロテインホスファターゼがタンパク質でない基質の脱リン酸化を触媒するケースもある.[4]。同様に、2つの基質に対して特異性を示すプロテインチロシンホスファターゼがチロシン残基だけでなくセリン残基に対しても反応する。したがって、1つのホスファターゼが様々なファミリーの性質を示すことがある[9]。
関連項目
脚注
- ^ a b “ENZYME: 3.1.3.-” (英語). enzyme.expasy.org. 2017年2月21日閲覧。
- ^ Liberti, Susanna; Sacco, Francesca; Calderone, Alberto; Perfetto, Livia; Iannuccelli, Marta; Panni, Simona; Santonico, Elena; Palma, Anita et al. (2013-01-01). “HuPho: the human phosphatase portal” (英語). The FEBS Journal 280 (2): 379–387. doi:10.1111/j.1742-4658.2012.08712.x.
- ^ a b c d e Sacco, Francesca; Perfetto, Livia; Castagnoli, Luisa; Cesareni, Gianni (2012-08-14). “The human phosphatase interactome: An intricate family portrait”. FEBS Letters 586 (17): 2732–2739. doi:10.1016/j.febslet.2012.05.008. PMC 3437441. PMID 22626554.
- ^ a b c d e Li, Xun; Wilmanns, Matthias; Thornton, Janet; Köhn, Maja (2013-05-14). “Elucidating Human Phosphatase-Substrate Networks”. Science Signaling 6 (275): rs10. doi:10.1126/scisignal.2003203.
- ^ Bodenmiller, Bernd; Wanka, Stefanie; Kraft, Claudine; Urban, Jörg; Campbell, David; Pedrioli, Patrick G.; Gerrits, Bertran; Picotti, Paola et al. (2010-12-21). “Phosphoproteomic Analysis Reveals Interconnected System-Wide Responses to Perturbations of Kinases and Phosphatases in Yeast”. Science Signaling 3 (153): rs4. doi:10.1126/scisignal.2001182. PMC 3072779. PMID 21177495.
- ^ Chen, Mark J.; Dixon, Jack E.; Manning, Gerard (2017-04-11). “Genomics and evolution of protein phosphatases” (英語). Science Signaling 10 (474): eaag1796. doi:10.1126/scisignal.aag1796. ISSN 1945-0877. PMID 28400531.
- ^ Roy, Jagoree; Cyert, Martha S. (2009-12-08). “Cracking the Phosphatase Code: Docking Interactions Determine Substrate Specificity”. Science Signaling 2 (100): re9. doi:10.1126/scisignal.2100re9.
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外部リンク
- Phosphatases - MeSH・アメリカ国立医学図書館・生命科学用語シソーラス
