Влияние ионов марганца (II) на активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови человека
Татьяна Александровна Хрусталёва
ГНУ «Институт физиологии НАН Беларуси», Минск, Беларусь
DOI
http://dx.doi.org/10.13070/rs.ru.1.921
Дата
2014-06-29
Цитировать как
Research ru 2014;1:921
лицензия
Абстракт

С помощью оригинального компьютерного алгоритма «VVTAK Mn (II)» выявлено три потенциальных сайта связывания ионов марганца (II) на трёхмерных структурах четырех изоферментов щелочной фосфатазы человека. Структура плацентарного фермента (1EW2) взята из Protein Data Bank, в то время как структуры плацентарного, кишечного и ткань-неспецифического ферментов были смоделированы с помощью сервера Swiss Model. По результатам биоинформатического алгоритма, ионы марганца (II) способны занять два сайта связывания ионов цинка и один – иона магния в активных центрах всех четырех изоферментов щелочной фосфатазы. Проведен эксперимент in vitro по влиянию различных концентраций ионов марганца (II) на активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови человека. Хлорид марганца в концентрации 10-6 М снизил активность щелочной фосфатазы на 5,9 ± 3,7 % (Р = 0,007), по сравнению с физиологической концентрацией катионов марганца (II) (10-7 М), 10-5 М MnCl2 вызвал снижение активности на 8,9 ± 3,6 % (Р < 0,001), в то время как 10-4 М MnCl2 вызвал снижение активности на 14,2 ± 3,5 % (Р < 0,001). Интересно отметить, что в самой высокой концентрации MnCl2 повысил активность щелочной фосфатазы на 8,9 ± 6,2 % (Р = 0,015), по сравнению с таковой при концентрации 10-7 М. Результаты экспериментов с сульфатом марганца схожи с результатами экспериментов с хлоридом марганца, но не идентичны им: 10-6 М MnSO4 вызвал снижение активности на 6,2 ± 4,0 % (Р = 0,003) , 10-5 М MnSO4 вызвал снижение на 13,7 ± 3,7 % (Р < 0,001), 10-4 М MnSO4 вызвал снижение на 16,3 ± 3,5 % (P < 0,001), в то время как 10-3 М MnSO4 вызвал увеличение активности щелочной фосфатазы на 48,7 ± 5,9 % (P < 0,001) по сравнению с концентрацией MnSO4, равной 10-7 М. Добавление как хлорида калия (KCl), так и сульфата калия (K2SO4) в различных концентрациях не вызвало достоверных изменений в активности щелочной фосфатазы в сыворотке крови человека. При марганцевой интоксикации может снижаться активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови человека и затруднять тем самым диагностику заболеваний, связанных с увеличением активности этого фермента.

English Abstract

With the help of the original “VVTAK Mn(II)” computer algorithm, we predicted three potential binding sites for manganese (II) ions on 3D structures of four human alkaline phosphatases. The structure of placental enzyme (1EW2) has been recruited from the Protein Data Bank, while structures of placental-like, intestinal and tissue-nonspecific enzymes were modeled by the Swiss Model server. According to the results of bioinformatic algorithm, manganese (II) ions are able to occupy two zinc and one magnesium ion binding sites from active centers of four alkaline phosphatase enzymes. We performed in vitro experiment on the influence of manganese (II) ions at different concentrations on the alkaline phosphatase activity in human sera. Manganese chloride taken at 10-6 M concentration made alkaline phosphatase activity 5.9±3.7% (P = 0.007) lower than that at physiological concentration (10-7 M) of manganese (II) cations, 10-5 M MnCl2 caused 8.9±3.6% (P<0.001) decrease of its activity, while 10-4 M MnCl2 caused 14.2±3.5% (P<0.001) decrease of its activity. Surprisingly, the highest MnCl2 concentration has made alkaline phosphatase activity 8.9±6.2% (P=0.015) higher than that at 10-7 M concentration. Results of the experiment with manganese sulfate are similar to the results of the experiment with manganese chloride, but they are not the same: 10-6 M MnSO4 caused 6.2±4.0% decrease (P=0.003), 10-5 M MnSO4 caused 13.7±3.7% decrease (P<0.001), 10-4 M MnSO4 caused 16.3±3.5% decrease (P<0.001), while 10-3 M MnSO4 caused 48.7±5.9% increase (P<0.001) of alkaline phosphatase activity relative to that at 10-7 M concentration of MnSO4. Addition of both potassium chloride (KCl) and potassium sulfate (K2SO4) at different concentrations did not cause any significant changes in alkaline phosphatase activity in human sera. Manganese intoxication may decrease alkaline phosphatase activity in human sera and alter diagnostics of diseases associated with increase of that enzyme activity.

Введение

В геноме человека существуют четыре гена, кодирующие изоферменты щелочной фосфатазы. Ген ткань-неспецифической щелочной фосфатазы закодирован в 1-й хромосоме. Гены, кодирующие плацентарную щелочную фосфатазу, щелочную фосфатазу, подобную плацентарной, и кишечную щелочную фосфатазу, расположены на 2-й хромосоме в непосредственной близости друг от друга, что свидетельствует об их относительно недавней дупликации.

В клинической диагностике широко используется определение активности щелочной фосфатазы в сыворотке крови. Повышение её активности, в первую очередь, может свидетельствовать об обструкции желчных протоков. Действительно, щелочная фосфатаза выполняет свою функцию (отщепление остатков фосфорной кислоты от различных фосфорилированных соединений) в просвете желчных канальцев. При этом фермент фиксируется в клеточной мембране гепатоцитов и клеток эпителия желчных протоков с помощью альфа-спирали, расположенной на C-конце. В результате нарушения оттока желчи щелочная фосфатаза начинает накапливаться на противоположной стороне мембраны – не со стороны просвета желчного канальца, а со стороны кровеносных сосудов [1]. По этой причине при обструкции желчных проходов на любом уровне свободная щелочная фосфатаза попадает в кровь в больших количествах [1].

Марганец является элементом, необходимым для нормального функционирования организма. В виде катионов марганец связывается с большим количеством ферментов (в том числе, с ДНК-полимеразой, супероксиддисмутазой и аргиназой), формируя их активные центры. Концентрация ионов марганца (II) в плазме крови в норме равна 10-7 моль/л. Даже при поступлении больших доз марганца в организм, уровень его в плазме крови не превышает 10-6 моль/л за счёт работы печени [2]. В гепатоцитах марганец подвергается детоксикации – выведению с желчью в виде комплексов с желчными кислотами [3]. Вполне вероятно, что в процессе детоксикации марганец способен связываться со многими ферментами гепатоцитов и нарушать их работу. Кроме того, некоторые ферменты в плазме крови могут быть чувствительны и к той концентрации ионов марганца, которая может устанавливаться в процессе хронического отравления этим металлом. Если же речь идёт о щелочной фосфатазе, то возможное влияние избыточного поступления марганца на уровень её активности необходимо учитывать при анализе данных анализа крови на активность «печёночных» ферментов. Особенно следует подчеркнуть, что диагностика холестаза не является единственным применением данных об активности щелочной фосфатазы.

Известно, что активность щелочной фосфатазы повышается при патологии костной ткани с усилением активности остеобластов, при возникновении злокачественных новообразований, экспрессирующих щелочную фосфатазу [4], при циррозе печени, инфекционных, токсических и лекарственных гепатитах.

Угнетение активности щелочной фосфатазы возможно при различных нарушениях роста кости, а также при снижении функции щитовидной железы [4].

Ранее проводились исследования о влиянии повышенных концентраций ионов марганца и других металлов на активность щелочной фосфатазы, однако их результаты были противоречивыми, в них не учитывалась возможность влияния анионов на процесс связывания ионов марганца с ферментом. Например, было описано снижение активности фермента в контрольной сыворотке при добавлении Mn(NO3)2 в концентрации 10-6 моль/л, в то время как в сыворотках группы людей никаких достоверных изменений при добавлении той же соли в более высокой концентрации (10-3 моль/л) не наступало [5]. Очищенный от катионов металлов фермент из остеобластов крысы способен выполнять свою функцию с помощью катионов марганца, которые замещают катионы цинка и магния в его активном центре [6]. Тем не менее, при концентрации ионов марганца выше 10-4 моль/л активность фермента снижалась [7].

Целью

настоящей работы явилось выявление наиболее вероятных сайтов связывания ионов марганца (II) на четырёх изоформах щелочной фосфатазы человека с помощью оригинального компьютерного алгоритма и определение влияния различных концентраций ионов марганца (II) совместно с хлорид- и сульфат-ионами на активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови человека.

Материалы и методы

В качестве материала для in silico экспериментов была выбрана трёхмерная структура плацентарной щелочной фосфатазы человека из Protein Data Bank (www.pdb.org) с идентификатором 1EW2 [8]. Трёхмерные структуры трёх других изоферментов человека на момент написания статьи ещё не получены. По этой причине мы провели моделирование этих 3D структур с помощью сервера Swiss Model (http://swissmodel.expasy.org/) [9]. В результате поиска наиболее схожих белков сервер избрал в качестве шаблона для моделирования всех трёх структур файл 1EW2. Аминокислотные последовательности белков были получены в базе данных UniProt (www.uniprot.org). Идентификаторы последовательностей: подобная плацентарной щелочная фосфатаза – P10696, кишечная – P09923, ткань-неспецифическая – P05186.

Сайты связывания ионов марганца (II) были выявлены на трёхмерных структурах с помощью оригинального алгоритма «VVTAK Mn(II)» (http://chemres.bsmu.by). Данный алгоритм состоит из двух модулей. Первый модуль предсказывает наличие «активных связывателей» ионов марганца по аминокислотной последовательности (в формате FASTA) и информации о границах элементов вторичной структуры (в файле в формате PDB эта информация содержится в строках «HELIX» и «SHEET»). Фактически первый модуль алгоритма основан на четырёх вероятностных шкалах, учитывающих распределение аминокислотных остатков вокруг наиболее вероятных «связывателей» ионов марганца (II): аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты и гистидина [10]. В первой шкале учитываются частоты использования аминокислот в положениях от -5 до +5 вокруг упомянутых выше аминокислотных остатков, во второй – распределение элементов вторичной структуры в тех же границах [10], в третьей – распределение пентапептидов, в которых все остатки разделены на гидрофильные и гидрофобные, в четвёртой же учитывается распределение пар аминокислотных остатков вокруг потенциального связывателя. Второй модуль алгоритма основан на принципе наличия «ионных ловушек» в сайтах связывания ионов марганца (II). Наиболее часто один ион марганца (II) координируется тремя или четырьмя аминокислотными остатками, расстояние между атомами которых не превышает 6 ангстрем [11]. По этой причине алгоритм осуществляет поиск атомов кислорода карбоксильных групп аспарагиновой и глутаминовой кислот, а также имидазольных атомов азота гистидина на расстоянии до 6 ангстрем вокруг ранее выявленных «активных связывателей». Наличие трёх и более аминокислотных остатков в одной выявленной с помощью «VVTAK Mn(II)» ионной ловушке свидетельствует о высокой вероятности связывания ионов марганца (II) ею.

Сервер Swiss Model генерирует PDB файл с моделью белка, в который включена информация о координатах каждого атома в трёхмерном пространстве, но не включена информация о вторичной структуре [9]. С целью установления границ бета-тяжей, альфа-спиралей и спиралей 3/10 в моделях трёх изоформ щелочной фосфатазы человека мы воспользовались алгоритмом DSSP (http://www.cmbi.ru.nl/dssp.html) [12]. Результаты описания вторичной структуры с помощью DSSP были переведены в формат PDB файлов.

В качестве материала для in vitro экспериментов была использована сыворотка крови практически здоровых людей. Активность фермента определяли с помощью набора фирмы «Анализ-Х» (Республика Беларусь). Для каждой сыворотки измеряли активность в контроле (после добавления 1 мл деионизированной воды) и при восьми концентрациях соли (MnCl2 – в 15 сыворотках, MnSO4 – в 15 сыворотках, KCl – в 7 сыворотках, K2SO4 – в 7 сыворотках).

Кинетический метод определения каталитической активности щелочной фосфатазы основан на ферментативной реакции, в которой в качестве субстрата выступает пара-нитрофенил фосфат. В результате дефосфорилирования образуется пара-нитрофенол, имеющий максимум поглощения при длине волны 405 нм. По увеличению оптической плотности при данной длине волны судят об активности щелочной фосфатазы.

В термостатируемую кювету помещали 1 мл раствора соли или деионизованной воды (контроль) и 40 мкл сыворотки, тщательно перемешивали и инкубировали при 37°С в течение часа. Затем прибавляли прогретый заранее до температуры определения рабочий реагент в количестве 2 мл, тщательно перемешивали. Инкубировали 1 минуту при температуре 37°С (время инкубации отсчитывалось с момента прибавления рабочего реагента), измеряли оптическую плотность раствора по отношению к деионизованной воде при длине волны 405 нм. Точно через 1 и 2 минуты повторяли измерения и рассчитывали среднее изменение оптической плотности за 1 минуту (∆А/мин). Каталитическую активность щелочной фосфатазы (в Е/л) в исследуемой пробе определяли по формуле 1:

    Е/л = ∆А/мин * F         (1)

Величина F, согласно инструкции к набору реагентов для определения активности щелочной фосфатазы кинетическим методом, при длине волны λ=405 нм, длине оптического пути 1 см, температуре 37°С, объёме исследуемого образца 20 мкл и объёме рабочего реагента 1 мл составляет 5200.

В связи с увеличением объёма сыворотки и конечного объёма раствора в кювете значение коэффициента F было пересчитано и составило 7749.

Активность щелочной фосфатазы в 44 исследованных сыворотках находилась в границах нормы (от 20 до 140 Е/л). Средняя активность фермента составила 93,16±5,06 Ед/л. Уровень активности щелочной фосфатазы в контрольных пробах колебался в пределах от 65,87 до 131,73 Е/л. По этой причине мы поделили значения активности фермента в присутствии различных концентраций соли для каждой сыворотки на значение активности фермента в контроле. Таким способом были получены показатели относительной активности щелочной фосфатазы. Распределение значений относительной активности фермента при всех концентрациях каждой из солей подчинялось закону нормального распределения согласно критерию Харке-Бера.

Значения относительной активности щелочной фосфатазы при различных концентрациях ионов марганца сравнивались с таковыми при физиологической концентрации этих ионов (10-7 моль/л) с помощью попарного t-теста.

Влияние ионов марганца (II) на активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови человека Рисунок 1
Рисунок 1. Результаты выявления атомов, способных к координации ионов марганца (II), с помощью алгоритма «VVTAK Mn(II)» на трёхмерной структуре плацентарной щелочной фосфатазы (а), на моделях трёхмерных структур: щелочной фосфатазы, подобной плацентарной (б), кишечной щелочной фосфатазы (в) и ткань-неспецифической щелочной фосфатазы (г). Атомы, способные к координации ионов марганца (II), отмечены красным цветом. Ионы цинка отмечены зелёным цветом. Ион магния отмечен голубым цветом. Фосфат-ион окрашен следующим образом: атом фосфора – в жёлтый цвет, атомы кислорода – в оранжевый.

Результаты

Алгоритм «VVTAK Mn(II)» выявил на трёхмерной структуре плацентарной щелочной фосфатазы три аминокислотных остатка, являющихся «активными связывателями» ионов марганца (II). Остатки Asp42 и Glu311 расположены в характерном для «активных связывателей» мотиве надвторичной структуры «бета-тяж – петля – альфа-спираль» [10]. Остаток Asp357 расположен в не менее характерном мотиве для остатков, координирующих ионы марганца (II) – в петле между двумя бета-тяжами [10].

Влияние ионов марганца (II) на активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови человека Рисунок 2
Рисунок 2. Влияние различных концентраций хлорида марганца (II) на относительную активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови.

Все три «активных связывателя» расположены в непосредственной близости друг от друга в одной и той же полости фермента. Вокруг них на расстоянии не более 6 ангстрем расположены дополнительные «пассивные связыватели» ионов марганца: Asp316, His358, His360 и His432. Вместе упомянутые выше 7 аминокислотных остатков образуют своеобразную «ионную ловушку» (Рисунок 1А). Известно, что в этой «ловушке», представляющей собой часть активного центра, в норме координируются два иона цинка (первый ион координируется остатками: Asp316, His320, His432; второй ион координируется аминокислотами: Asp42, Ser92, Asp357 и His358) и один ион магния (координируется остатками: Asp42, Ser155 и Glu311) [8]. Над этими аминокислотными остатками и ионами на структуре 1EW2 находится фосфат-ион (Рисунок 1А), который является продуктом реакции дефосфорилирования. Судя по нашим результатам, в активный центр плацентарной щелочной фосфатазы могут встраиваться ионы марганца (II). Есть ли отличия в результатах работы алгоритма «VVTAK Mn(II)» с моделями трёх остальных изоферментов?

Влияние ионов марганца (II) на активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови человека Рисунок 3
Рисунок 3. Влияние различных концентраций сульфата марганца (II) на относительную активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови.

На модели щелочной фосфатазы, подобной плацентарной, предсказываются те же самые «активные» и «пассивные» связыватели, что и на плацентарной (Рисунок 1Б). Помимо них среди «активных» связывателей появился новый остаток Asp428 (нумерация по 3D структуре 1EW2). Причиной этому послужила замена Glu в положении 429 на Gly. Действительно, в положении +1 относительно остатков аспарагиновой кислоты, связывающих ионы марганца (II), повышена частота встречаемости остатков глицина и понижена частота встречаемости остатков глутаминовой кислоты [10]. Тем не менее, вокруг Asp428 отсутствуют «пассивные» связыватели, что говорит о крайне низкой вероятности координации им иона марганца (II). Процент сходства плацентарной щелочной фосфатазы и подобного ей фермента составляет 97.0%.

Влияние ионов марганца (II) на активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови человека Рисунок 4
Рисунок 4. Влияние различных концентраций хлорида калия на относительную активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови.

Процент сходства первичной структуры плацентарной щелочной фосфатазы с кишечной равен 87.6%, с ткань-неспецифической – 58,2%. Несмотря на различия в первичной структуре этих ферментов, аминокислотные остатки, включенные в состав «ионной ловушки», способной к связыванию ионов марганца (II), являются идентичными таковым на плацентарном изоферменте (Рисунок 1В и 1Г). Полученные результаты говорят о том, что на изменение концентрации ионов марганца (II) должны так или иначе реагировать все четыре изофермента.

Влияние ионов марганца (II) на активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови человека Рисунок 5
Рисунок 5. Влияние различных концентраций сульфата калия на относительную активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови.

В эксперименте с хлоридом марганца (II) была получена нелинейная зависимость активности щелочной фосфатазы от концентрации соли (Рисунок 2). При концентрации ионов марганца, в десять раз превышающей физиологическую, активность фермента достоверно снижается на 5,9±3,7% (P=0,007). При концентрации ионов марганца (II), равной 10-5 моль/л, активность щелочной фосфатазы на 8,9±3,6% ниже (P<0,001) таковой при их физиологической концентрации. При концентрации ионов марганца (II) 10-4 моль/л активность щелочной фосфатазы достигает своего минимума (снижение активности на 14,2±3,5% (P<0,001) относительно таковой при физиологической концентрации). При концентрации ионов марганца (II) 10-3 моль/л активность фермента достоверно превышает таковую при физиологической концентрации 10-7 моль/л (на 8,9±6,2%, P=0,015). При повышении концентрации ионов марганца (II) от 10-6 до 10-4 моль/л наблюдается постепенное снижение активности фермента, но при дальнейшем повышении концентрации этих ионов активность возрастает. Является ли такая зависимость следствием добавления к пробе ионов марганца (II), или хлорид-ионов?

Как видно на Рисунке 3, зависимость активности щелочной фосфатазы от концентрации сульфата марганца (II) также не является линейной. При концентрации ионов марганца (II) 10-6 моль/л активность фермента снижается на 6,2±4,0% от таковой при физиологической концентрации (P=0,003), при концентрации 10-5 моль/л – на 13,7±3,7% (P<0,001), при концентрации 10-4 моль/л – на 16,3±3,5% (P<0,001). При дальнейшем увеличении концентрации соли (до 10-3 моль/л) происходит резкий подъём активности щелочной фосфатазы на 48,7±5,9% (P<0,001) от таковой при концентрации ионов марганца (II) 10-7 моль/л.

При сравнении кривых, изображенных на Рисунках 2 и 3, можно отметить не только то, что при максимальной концентрации соли (10-3 моль/л) активность щелочной фосфатазы в присутствии MnSO4 растёт значительно сильнее, чем в присутствии MnCl2, но и тот факт, что при всех остальных концентрациях относительная активность фермента выше в присутствии хлорида марганца.

Интересно отметить, что ни хлорид калия (Рисунок 4), ни сульфат калия (Рисунок 5) не оказывают никакого эффекта на активность щелочной фосфатазы. Отсутствуют достоверные различия в уровнях активности щелочной фосфатазы при различных концентрациях каждой из этих солей. Более того, различия в уровнях активности фермента при одинаковых концентрациях хлорида и сульфата калия также являются недостоверными. Эти данные говорят о том, что хлорид- и сульфат-ионы сами по себе не являются причиной различий в характере зависимости активности щелочной фосфатазы от хлорида по сравнению с таковым для сульфата марганца.

Дискуссия

Известно, что ионы марганца могут связываться не только со специфическими сайтами связывания на белке, но и с неспецифическими – в том случае, если в этом процессе участвуют другие лиганды. В частности, катионы марганца могут связываться с хлорид- или сульфат-ионами, уже скоординированными белком [13]. Действительно, известны комплексы щелочной фосфатазы других видов животных и бактерий как с хлорид-, так и с сульфат-ионами. Например, на трёхмерной структуре щелочной фосфатазы археи Halobacterium salinarum существует 6 сайтов связывания хлорид-ионов [14]. На одной из структур щелочной фосфатазы креветки присутствуют три сайта связывания сульфат-ионов [15]. Вполне вероятно, что при добавлении хлорида марганца к пробе часть ионов марганца связывается с участками щелочной фосфатазы неспецифически – через хлорид-ионы. Для сульфат-ионов такой механизм «захвата» ионов марганца может работать в меньшей степени. В таком случае, действительно, снижение активности щелочной фосфатазы при добавлении ионов марганца в присутствии сульфат-ионов будет более выраженным, поскольку большая часть ионов попадёт непосредственно в активный центр, где вступит в конкуренцию с катионами цинка и магния.

На структуре щелочной фосфатазы бактерии Shewanella sp. (3A52) был обнаружен ещё более интересный факт – сульфат ион занял место одного из ионов цинка в активном центре [16]. Конкуренция за сайт связывания между катионом и анионом может объяснить резкое увеличение активности щелочной фосфатазы в присутствии MnSO4 в концентрации 10-3 моль/л. Возможно, именно при такой высокой концентрации сульфат-ионы могут встраиваться непосредственно в активный сайт фермента. Однако, рост активности щелочной фосфатазы наблюдается и при добавлении максимальной концентрация хлорида марганца. На наш взгляд, этот рост активности можно объяснить встраиванием в активный центр третьего иона марганца (II). В таком случае, замещение одного или двух ионов в активном центре на ионы марганца (II) должно снижать активность фермента. Если предположить, что часть ионов марганца (II) улавливается неспецифическими центрами связывания, образованными скоординированными белком ионами хлора, то при концентрации хлорида марганца 10-3 моль/л активность фермента не должна возрастать на столько же, на сколько это происходит в случае с сульфатом.

Концентрация ионов магния в плазме крови примерно в 2,5 – 3 ниже, чем в внутри клеток. Что касается ионов цинка, то их внутриклеточная концентрация примерно в 100 раз выше внеклеточной. Ионы цинка и магния должны занимать свои места в активном центре щелочной фосфатазы за время нахождения её в цитоплазме – до момента фиксации фермента на клеточной мембране клетки. Подобный механизм можно предположить и для процесса фиксации ионов марганца (II) в случае марганцевой интоксикации. То есть, ионы марганца (II) могут вытеснять ионы цинка и магния из активных центров щелочной фосфатазы непосредственно внутри гепатоцитов в момент выведения ими избыточных количеств ионов этого металла. После этого ферменты с марганцем в активных центрах должны попадать на клеточную мембрану и работать со сниженной активностью. К чему может приводить такое развитие событий?

В тех состояниях, когда активность щелочной фосфатазы должна повышаться (при обструкции желчных ходов, усилении активности остеобластов, возникновении опухоли), она может оставаться на верхних границах нормы или повышаться в меньшей степени, чем обычно, в случае марганцевой интоксикации. Избыточное поступление марганца в организм человека возможно в случае хронической интоксикации на вредных производствах, в случае самолечения перманганатом калия или в случае употребления неочищенных наркотических средств, содержащих ионы марганца (II), образовавшиеся в результате восстановления перманганата калия в кислой среде в процессе их приготовления [2].

С другой стороны, в случае интоксикации марганцем при отсутствии сопутствующей патологии активность щелочной фосфатазы может не достигать нижней границы нормы.

Выводы

Ионы марганца могут замещать ионы цинка и магния в активном центре всех четырёх изотипов щелочной фосфатазы человека, влияя на такой важный диагностический показатель, как активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови.

В диапазоне концентраций от 10-6 до 10-4 моль/л ионы марганца снижают активность щелочной фосфатазы человека в сыворотке крови на 14,2±3,5% (P<0,001) относительно таковой при физиологической концентрации при использовании MnСl2 и на 16,3±3,5% (P<0,001) при использовании MnSO4.

При всех концентрациях солей, активность щелочной фосфатазы достоверно ниже при использовании сульфата марганца, чем при использовании хлорида марганца.

Ни сульфат калия, ни хлорид калия не влияют на уровень активности щелочной фосфатазы в сыворотке крови человека.

В максимальной концентрации (10-3 моль/л) сульфат марганца вызывает более сильный подъём активности щелочной фосфатазы (на 48,7±5,9%, P<0,001) по сравнению с таковой при физиологической концентрации ионов марганца (10-7 моль/л), чем хлорид марганца (на 8,9±6,2%, P=0,015).

Ссылки
  1. Liquori G, Mastrodonato M, Rossi R, Scillitani G, Gena P, Portincasa P, et al. Altered membrane glycoprotein targeting in cholestatic hepatocytes. Eur J Clin Invest. 2010;40:393-400 pubmed
  2. Stepens A, Logina I, Liguts V, Aldins P, Eksteina I, Platkajis A, et al. A Parkinsonian syndrome in methcathinone users and the role of manganese. N Engl J Med. 2008;358:1009-17 pubmed publisher
  3. Leitch S, Feng M, Muend S, Braiterman LT, Hubbard AL, Rao R. Vesicular distribution of secretory pathway Ca2+-ATPase isoform 1 and a role in manganese detoxification in liver-derived polarized cells. Biometals. 2011; 24: 159-170.
  4. Lange P, Millan J, Stigbrand T, Vessella R, Ruoslahti E, Fishman W. Placental alkaline phosphatase as a tumor marker for seminoma. Cancer Res. 1982;42:3244-7 pubmed
  5. Rej R, Bretaudiere J. Effects of metal ions on the measurement of alkaline phosphatase activity. Clin Chem. 1980;26:423-8 pubmed
  6. Ciancaglini P, Pizauro J, Leone F. Dependence of divalent metal ions on phosphotransferase activity of osseous plate alkaline phosphatase. J Inorg Biochem. 1997;66:51-5 pubmed
  7. Leone F, Ciancaglini P, Pizauro J, Rezende A. Rat osseous plate alkaline phosphatase: mechanism of action of manganese ions. Biometals. 1995;8:86-91 pubmed
  8. Le Du M, Stigbrand T, Taussig M, Menez A, Stura E. Crystal structure of alkaline phosphatase from human placenta at 1.8 A resolution. Implication for a substrate specificity. J Biol Chem. 2001;276:9158-65 pubmed
  9. Biasini M, Bienert S, Waterhouse A, Arnold K, Studer G, Schmidt T, et al. SWISS-MODEL: modelling protein tertiary and quaternary structure using evolutionary information. Nucleic Acids Res. 2014;42:W252-8 pubmed
  10. Khrustaleva T. Secondary structure preferences of mn (2+) binding sites in bacterial proteins. Adv Bioinformatics. 2014;2014:501841 pubmed
  11. Хрусталёв ВВ, Шедогубова ТА. Межатомные расстояния в сайтах связывания ионов марганца (II) белками. Фундаментальная наука в современной медицине 2013. 2013; 176-182.
  12. Kabsch W, Sander C. Dictionary of protein secondary structure: pattern recognition of hydrogen-bonded and geometrical features. Biopolymers. 1983;22:2577-637 pubmed
  13. Хрусталёва ТА, Хрусталёв ВВ. Связывание ионов марганца (II) пептидом SF23 в присутствии хлорид-ионов. Инновации в медицине и фармации – 2013. 2013; 140-147.
  14. Wende A, Johansson P, Vollrath R, Dyall-Smith M, Oesterhelt D, Grininger M. Structural and biochemical characterization of a halophilic archaeal alkaline phosphatase. J Mol Biol. 2010;400:52-62 pubmed
  15. de Backer M, McSweeney S, Rasmussen H, Riise B, Lindley P, Hough E. The 1.9 A crystal structure of heat-labile shrimp alkaline phosphatase. J Mol Biol. 2002;318:1265-74 pubmed
  16. Tsuruta H, Mikami B, Higashi T, Aizono Y. Crystal structure of cold-active alkaline phosphatase from the psychrophile Shewanella sp. Biosci Biotechnol Biochem. 2010;74:69-74 pubmed
ISSN : 2334-1009