Щелочная фосфатаза формула химия

Щелочная фосфатаза

Димер щелочной фосфатазы бактерий. Синим выделен N-конец, красным — C-конец. [1]
Обозначения
CAS 9001-78-9
Информация в Викиданных ?
Щелочная фосфатаза
Идентификаторы
Символ Alk_phosphatase
Pfam PF00245
InterPro IPR001952
SMART SM00098
PROSITE PDOC00113
SCOP 1alk
SUPERFAMILY 1alk
Доступные структуры белков
Pfam структуры
PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsum 3D-модель

Щелочна́я фосфата́за (англ. Alkaline phosphatase, ALP, ALKP ) — фермент гидролаза (КФ 3.1.3.1), отщепляющая фосфат (дефосфорилирующая) от многих типов молекул, например, нуклеотидов, белков и алкалоидов. Фермент проявляет наибольшую активность в щелочной среде [2] .

Содержание

Бактерии [ править | править код ]

У бактерий щелочная фосфатаза располагается в периплазматическом пространстве, снаружи от цитоплазматической мембраны. Щелочная фосфатаза бактерий относительно устойчива к инактивации, денатурации и деградации. Возможно, одной из функций фосфатазы является отщепление фосфатов от органических молекул, так как многие фосфорилированные соединения не могут проникать через плазматическую мембрану.

Свойства [ править | править код ]

Фермент, выделенный из бактерий Escherichia coli, имеет оптимум рН 8.0 [3] , в то время как фермент, выделенный из пульпы зуба быка, имеет оптимум рН около 8.5 [4] .

Применение [ править | править код ]

Щелочная фосфатаза применяется в молекулярно-биологических исследованиях для того, чтобы отщепить фосфатные группы на 5′-конце и предотвратить лигирование этих концов. Удаление концевых фосфатов также делает возможным введение концевой радиоактивной метки. Наиболее широко используют щелочную фосфатазу из креветок, которая также наиболее легко инактивируется после отщепления фосфата.

Щелочная фосфатаза также широко используется в иммуноферментном анализе.

Ингибиторы [ править | править код ]

Все изоферменты щелочной фосфатазы млекопитающих, за исключением плацетарных (PALP и SEAP), ингибируются гомоаргинином.

Нагревание в течение 2 часов при 65 °C инактивирует большинство изоферментов, кроме плацентарных изоформ (PALP и SEAP).

Человек [ править | править код ]

Физиология [ править | править код ]

У человека щелочная фосфатаза представлена во всех тканях, особенно высокая концентрация в печени, желчном протоке, почках, костях и плаценте.

В организме человека и других млекопитающих встречаются следующие изоферменты:

  • ALPI — кишечная
  • ALPL — неспецифичная в тканях печени, костей и почках
  • ALPP — плацентарная

Диагностика [ править | править код ]

Нормальный уровень щелочной фосфатазы от 20 до 140 МЕ/л [5] . Уровень щелочной фосфатазы повышается при закупорке желчного протока [6] . Концентрации у детей и беременных женщин значительно выше. Пониженный уровень щелочной фосфатазы встречается гораздо реже, чем повышенный. Сниженный уровень щелочной фосфатазы — основной показатель гипофосфатазии (редкого заболевания костной ткани), которое характеризуется нарушением формирования скелета, задержкой физического развития, переломами и т. д.

Оральные контрацептивы снижают уровень щелочной фосфатазы [7] .

Щелочная фосфатаза (ЩФ, ALP) – параметр биохимического анализа крови, который пациенты обычно равнодушно пропускают глазами в виду его «непонятности». Больше внимания достается параметрам с привычными, знакомыми названиями – общий белок, мочевина, глюкоза, общий холесте
рин. Между тем, ЩФ в биохимическом анализе – очень важный маркер, способный многое рассказать о состоянии здоровья пациента врачу-диагносту.

Что такое щелочная фосфатаза?

Щелочная фосфатаза – фермент (особое вещество, без которого течение биохимических реакций в организме человека станет невозможным, в неорганической химии в том же значении используют другое слово – катализатор). ЩФ – фермент из группы гидролаз. Гидролазы – это большое семейство ферментов, отличительная способность которых – разрыв внутримолекулярных связей разных органических соединений с помощью молекул воды. Всего гидролаз 6 больших групп: фосфатазы, гликозидазы, эстеразы, липазы, пептидазы, нуклеазы.

Классификация фосфатаз

В биохимии фосфатазы подразделяются на два типа – кислотная и щелочная. Условной серединой индекса концентрации ионов водорода в растворах «PH» для человека будет величина 5,5 (абсолютная величина – 5,0). Меньше 5,5 – это кислая среда, местоположение активности кислых фосфатаз. Больше 5,5 – щелочная среда, местоположение активности щелочных фосфатаз. Щелочные фосфатазы человека проявляют наибольшую активность в диапазоне 8,5-10,0 индекса РН.

ЩФ – самый распространенный фермент в теле человека, его можно найти в составе любой ткани человеческого организма. Щелочная фосфатаза человека – это не один однородный фермент, а группа биологически активных веществ, имея общую родовую принадлежность, они в тоже время отличаются друг от друга избирательностью воздействия на определенный тип клеток.

Подвиды (изоформы) щелочной фосфатазы человека:

  • ALPI – кишечная;
  • ALPL – неспецифичная (располагается в печеночных, костных и почечных тканях);
  • ALPP – плацентарная.

Несмотря на то, что биохимический анализ крови способен определить любой подвид щелочной фосфатазы, в клинических исследованиях может использоваться другой, альтернативный метод анализа – «кинетический колориметрический метод». Его несомненным достоинством будет четкая дифференциация ферментов по классам и изоформам. Противопоставлять методики не стоит, каждый из методов обладает своими преимуществами.

Функции ЩФ в человеческом организме

Основная функция ALP – участие в фосфорно-кальциевом обмене, фермент способствует транспортировке фосфора в ткани организма, регулируя таким образом содержание кальция в теле человека.
Второстепенные функции ЩФ – участие в секреторной работе печени и росте костной ткани. Желчь, вырабатываемая клетками печени, содержит молекулы фосфолипидов, алкалоидов, белков, нуклеотидов – органических соединений, имеющих в своем составе фосфатазы. В желчь они попали потому, что организм не успел их использовать и обезопасить. ЩФ помогает отделять фосфатазу от этих соединений, расщепляет их, выполняя двойную полезную функцию – обезвреживает и утилизирует эти вещества. Клетки-остеобласты, отвечающие за «строительство» костной ткани, содержат больше всего ЩФ в организме после печени. Щелочная фосфатаза нужна этим клеткам для структурирования молекул кальция в костной ткани – фосфатаза, поставляемая ЩФ, выступает катализатором этого процесса.

Какую роль выполняет фосфор и кальций в организме человека?

Кальций и Фосфор – два неразлучных химических элемента в человеческом организме. Связь их носит диалектический характер – один элемент обуславливает усвояемость другого. Посредником в этом процессе выступает витамин D, щелочная и кислая фосфатазы. Приблизительное соотношение фосфора к кальцию в организме равно 1:3,5 (для взрослого человека – это 650 г фосфора и 2200 г кальция).

Кальций

Этот химический элемент – важнейший строительный материал, из которого организм человека строит сам себя. Кальций входит в состав костной, зубной, мышечной ткани. С помощью кальция формируются ногти, укрепляется гладкая мускулатура кровяных сосудов. В природе существует структурный двойник кальция – стронций. Этот металл, в случае нехватки кальция, становится его заменителем. В качестве строительного материала стронций значительно уступает кальцию, и поэтому ткани, состоящие из стронция, будут уступать тем, которые сделаны на основе кальция – сосуды, ногти, зубы станут хрупкими и ломкими, мускулатура утратит часть тонуса, на костях появятся различные наросты, отростки. В отложении так называемых «солей» в костях виноват не избыток кальция, а, наоборот, недостаток – организм компенсирует недостающий кальций стронцием, которого, как правило, всегда в избытке.

Внимание! Для усвоения кальция нужен фосфор, недостаток фосфора приводит к снижению усвояемости кальция и, соответственно, уровень этого химического элемента стремительно падает в организме. Для усвоения стронция фосфора нужно гораздо меньше, чем для усвоения кальция. Поэтому организм, в случае нехватки фосфора, переключается в экономный режим, формируя свои ткани из того, что есть, а не из того, что нужно.

Фосфор

После кальция фосфор – самый важный строительный материал. Этот химический элемент входит в состав костей, зубов, жиров (фосфолипиды), ферментов и белков.

Фосфор – важнейший участник энергетического обмена в организме человека. Такое органическое соединение, как АТФ, расщепляясь в АДФ, дает человеческому организму необходимую для его существования энергию.

Молекулы ДНК и РНК, отвечающие за хранение и передачу временной и наследственной информации, имеют в своем составе фосфатные группы, обеспечивающие стабильность их структуры.

Внимание! Нормальное содержание фосфора в организме снизит риск возникновения ревматоидного фактора, убавит вероятность появления артритов и артрозов, обеспечит ясность и чистоту мышления, уменьшит болевой порог.

Нормы ЩФ у детей и взрослых

Для понимания того, что означают числа в величинах щелочной фосфатазы в биохимическом анализе крови, нужно знать диапазон нормы, в соответствии с которым можно будет определить повышенное и пониженное значение содержания этого фермента.

  • дети от 8 до 10 лет – 150-355 Ед/л;
  • дети от 10 до 19 лет – 158-500 Ед/л;
  • взрослые в возрасте до 50 лет – 85-120 Ед/л;
  • взрослые от 50 до 75 лет – 110-138 Ед/л;
  • люди старше 75 лет – от 168-188 Ед/л.

Возможные патологии, связанные с изменением нормы ЩФ в результатах биохимического анализа крови

Перед тем, как перейти к обозрению возможных патологических причин изменения уровня ALP в биохимическом анализе, заметим несколько существенных особенностей, которые нужно знать пациентам.

Щелочная фосфатаза повышена у детей. В детском организме происходят бурные метаболические процессы, связанные с ростом организма. Учитывая роль, которую выполняет ЩФ в человеческом организме – рост костной ткани, стабилизация работы печени – неудивительно, что этого фермента очень много в крови ребенка. Естественно, чем меньше возраст ребенка, тем более активны такие процессы. По завершению гормональной перестройки организма в 17-19 лет (мужчины) и 15-17 лет (женщины), уровень ЩФ в организме человека начинает снижаться. После 24-25 лет ЩФ в организме человека используется не столько для роста тканей, сколько на поддержание состояния их здоровья.

Щелочная фосфатаза повышена у женщин во время гестации – формирование плода в организме женщины требует значительного количества разнообразных веществ – микроэлементов, белков, жиров, что, соответственно, вызывает повышение количества ферментов, отвечающих за их усвояемость. Поэтому уровень ЩФ в крови беременной повышается.

Важно! Высокий уровень ЩФ у детей и беременных – это совершенно естественно, речь о патологии в таких случаях не идет.

Повышенная щелочная фосфатаза

Учитывая тот факт, что больше всего щелочной фосфатазы содержится в костных и печеночных клетках, повышенный уровень этого фермента укажет на высокую вероятность того, что проблемы существуют с печенью и костной тканью – гибель клеток печени, распад костных тканей выбросит в кровь излишек этого фермента. Всевозможные болезни печени (гепатиты различной этиологии, травмы печени) и костной ткани (оститы различной этиологии, костные травмы и переломы) станут главными подозреваемыми у врача-диагноста, увидевшего высокий уровень ЩФ в результатах анализа пациента. Помимо обозначенных патологий, у высокого уровня ЩФ в крови пациента могут найтись вполне банальные причины, например, недостаток фосфора и кальция в рационе.

Пониженная щелочная фосфатаза

Пониженный уровень ЩФ чаще всего бывает связан с метаболическими нарушениями и износом организма:

  • остеопороз;
  • малокровие;
  • голодание;
  • избыток витамина D (часто наблюдается у детей из-за бесконтрольного употребления БАДов, содержащих этот кофермент);
  • нарушение секреторной функции щитовидной железы;
  • недостаток витамина С (цинга).

Щелочная фосфатаза (ALP, ЩФ) – семейство ферментов, относящихся к мембранным гликопротеинам (сложные белки, расположенные на поверхности клеток, объединенные с сахарами в одной структуре). Щелочные фосфатазы распространены в природе; они обнаружены в организме человека, животных, растений, грибов и бактерий, за исключением некоторых высших растений. У человека их максимальные концентрации выявлены в слизистой оболочке кишечника, молодых клетках костей, стенках жёлчных протоков печени, плаценте и в молочных железах в период кормления грудью.

Функция щелочной фосфатазы – гидролиз различных монофосфатних эфиров с получением неорганических фосфатов. Кроме того, многочисленными исследованиями показано участие щелочной фосфатазы в развитии эмбриона и дифференциации его тканей, а также опосредованное участие в перемещении жиров (липидов). Она является одним из элементов транспорта фосфатов в почках и кишечнике, а также в транспорте иммуноглобулинов G во время беременности. Важной функцией щелочной фосфатазы является участие в образовании костей (их минерализации).

Фермент обнаружено в 1907 году, коли первая інформація про его свойства была опубликована в бюллетене Токийского Императорского университета. Автором публікації был Сузуки с коллегами. Интересно, что сама статья написана на немецком языке, который в те времена был интернациональным языком химии.

Щелочная фосфатаза у млекопитающих, к которым относится человек, представляет собой металлофермент на основе цинка, которой состоит из двух белковых частей (димер). В их структуру из металлов включены четыре иона – два цинка (Zn 2+ ) и по одному магния (Mg 2+ ) и кальция (Ca 2+ ), которые обеспечивают должную активность фермента. Кроме того, наличие катионов металлов придает щелочной фосфатазе необходимую форму и опосредствованно обеспечивает взаимодействие между элементами (субъединицами) всего фермента.

Щелочная фосфатаза человека делится на четыре специфические фракции, в зависимости от ткани, в которой она преимущественно находится:

  • плацентарная щелочная фосфатаза (PLALP),
  • щелочная фосфатаза кишечника (IALP),
  • печеночно-костно-почечная (или неспецифическая) щелочная фосфатаза (L / B / K ALP или TNSALP),
  • щелочная фосфатаза половых клеток (GCALP).

По меньшей мере три из указанных выше форм щелочной фосфатазы, а именно – плацентарную, кишечника и печеночно-костно-почечную, можно различить структурными, биохимическими и иммунологическими методами.

Краткая информация про отдельные фракции щелочной фосфатазы

  1. Плацентарная щелочная фосфатаза присутствует в значительных количествах в плаценте. В норме, сыворотка крови содержит лишь следы этой формы фермента. Часть активности плацентарной щелочной фосфатазы связана с нейтрофилами (вид сегментоядерных лейкоцитов). Появление этой щелочной фосфатазы в крови связана с активизацией соответствующего гена в раковых клетках и указывает на развитие опухоли. Такую форму щелочной фосфатазы называют изоферментом Регана (Regan isoenzyme).
  2. Щелочная фосфатаза кишечника – частично теплостойкий фермент, высокий уровень которого наблюдается в тканях кишечника. В отличие от других форм щелочной фосфатазы ее углеводородные боковые цепи не заканчиваются сиаловой кислотой. В то же время, щелочная фосфатаза кишечника, которая выделена из тканей плода, характеризуется наличием сиаловой кислоты, что указывает на существование отдельного гена, кодирующего образования этого фермента в период развития плода. Этот ген может повторно сработать в раковых тканях, таким образом обнаружение у взрослого пациента формы щелочной фосфатазы кишечника, характерной для плода, указывать на развитие опухоли. Такая форма щелочной фосфатазы называется изоферментом Кашары (Kasahara isoenzyme).
  3. Щелочная фосфатаза половых клеток – частично термостойкий фермент, присутствующий в малых количествах в зародышевых половых клетках (гоноциты) эмбриональных и некоторых неопластических тканей. В незначительных количествах ее обнаруживают в плаценте. Так же, как и для плацентарной щелочной фосфатазы, этот тип фермента производится клетками опухолей (NAGAO isoenzyme).
  4. Печеночно-костно-почечная (неспецифческая) щелочная фосфатаза – форма фермента, разрушающаяся при нагревании (термолабильная), которая широко распространена во всему организму, особенно в печеночной, скелетной и почечной тканях. Она составляет большую часть всей щелочной фосфатазы у взрослых (ориентировочно 85%).

Таким образом, если у пациента измеряется общая щелочная фосфатаза, как это делается в обычных лабораториях, то можно считать, что производится измерение ее печеночно-костно-почечной фракции. В целом, можно утверждать, что увеличение содержания щелочной фосфатазы в сыворотке крови ассоциируется с наличием заболеваний, которые поражают костную, печеночную и почечную ткани.

Норма щелочной фосфатазы в сыворотке крови для детей и подростков несколько отличается от нормы для взрослых:

Возраст Содержание щелочной фосфатазы, Ед/л
1 день до 250,0
2–5 дней до 231,0
6 дней жизни — 6 месяцев до 449,0
7 месяцев — 1 год до 462,0
1–3 года до 281,0
4–6 лет до 269,0
7–12 лет до 300,0
13–17 лет (женщины) до 187,0
12–17 лет (мужчины) до 390,0

Увеличение содержания щелочной фосфатазы сверх нормы указывает на активное формирование костной ткани, поскольку этот фермент является побочным продуктом деятельности остеобластов, например при болезни Педжета (деформирующем остозе или остеите). Подобное увеличение может вызваться заболеванием, которое влияет на уровень кальция в крови (гиперпаратиреоз) и дефицитом витамина D. Уровень щелочной фосфатазы также повышается у людей с целиакией. У детей содержание щелочной фосфатазы повышено, вплоть до периода полового созревания.

Выработка ненормальных для здорового человека фракций щелочной фосфатазы связана с различными формами рака. Например, плацентарная и половая щелочная фосфатаза производятся клетками рака молочной железы и хориокарциномы, соответственно. В общем, плацентарная щелочная фосфатаза – это маркер рака яичников, яичек, легких и желудочно-кишечного тракта. Высокие уровни печеночно-костно-почечной щелочной фосфатазы могут указывать на наличие остеосаркомы и метастазов в костной ткани. Есть сведения о связи между высоким уровнем щелочной фосфатазы кишечника и гепатоцеллюлярной карциномой. Из недавних исследований привлекает внимание выявление связи между увеличением содержания печеночно-костно-почечной щелочной фосфатазы и болезнью Альцгеймера.

Содержание щелочной фосфатазы увеличивается и при самых разных повреждениях клеток печени, вплоть до их разрушения, а также при нарушениях оттока жёлчи. Повышение концентрации щелочной фосфатазы в печени играет ведущую роль при вирусных и аутоиммунных гепатитах, токсических и лекарственных повреждениях печени. Однако, при вирусных гепатитах концентрация щелочной фосфатазы повышается незначительно (в отличие от АЛТ или АСТ). Увеличение её содержания выявляют и у желтушных больных с циррозом печени (в трети случаев). Приблизительно у половины больных инфекционным мононуклеозом на первой неделе заболевания отмечают повышенные концентрации щелочной фосфатазы.

Значительно увеличивается содержание щелочной фосфатазы при холестазе (нарушениях оттока желчи), а закупорка жёлчных протоков сопровождается её резким увеличением. Повышение концентрации щелочной фосфатазы наблюдают у 90% больных первичным раком печени и при метастазах в печень.

Пониженная концентрация фермента у беременных может свидетельствовать о недостаточности развития плаценты. Кроме указанных выше причин содержание щелочной фосфатазы может повышаться при заболеваниях кишечника, в том числе и при бактериальных инфекциях.

Уменьшение уровня щелочной фосфатазы ниже нормы встречаются реже, чем увеличение. Его вызывают некоторые состояния или заболевания, такие как:

  • гипофосфатазия (редкая врожденная болезнь, вызванная дефицитом печеночно-костно-почечной щелочной фосфатазы),
  • женщины в постменопаузе, получающих терапию эстрогеном из-за остеопороза,
  • недавно перенесенные операции на сердце,
  • недоедание,
  • дефицит магния,
  • гипотиреоз,
  • тяжелая анемия,
  • ахондроплазия и кретинизм у детей,
  • состояние после тяжелого энтерита,
  • хронический миелоидный лейкоз,
  • употребление оральных контрацептивов.

Несмотря на то, что щелочная фосфатаза является одним из наиболее тщательно исследованных ферментов, ее метаболизм не полностью выяснен. В течение десятилетий исследований было четко установлена ​​диагностическая ценность этого фермента, и щелочная фосфатаза стала одним из самых полезных лабораторных исследований для оценки уровня холестаза и болезни костей. Изучение щелочной фосфатазы продолжается; ежегодно ученые находят новые применения для ее отдельных фракций.

На сегодня уже разработаны методики для точной идентификации различных форм (фракций) щелочной фосфатазы, связанных с конкретными болезнями. Следует ожидать, что определение фракций щелочной фосфатазы может стать диагностическим тестом для дифференцировки различных расстройств печени и маркером злокачественных новообразований.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector