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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.59.2002.tde-02022007-121223
Document
Author
Full name
Douglas Chodi Masui
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2002
Supervisor
Committee
Leone, Francisco de Assis (President)
Aoyama, Hiroshi
McNamara, John Campbell
Title in Portuguese
Caracterização cinética da (Na+, K+)-ATPase da fração microsomal de tecido branquial de Callinectes danae (CRUSTACEA, PORTUNIDAE)
Keywords in Portuguese
(Na+/K+)-ATPase
Callinectes danae
Excreção de íons amônio
Osmorregulação
Abstract in Portuguese
A caracterização bioquímica da (Na+,K+)-ATPase, uma importante enzima envolvida no controle osmo-iônico nos crustáceos osmorreguladores, foi realizada a partir de centrifugação diferencial de frações microsomais do tecido branquial do siri eurialino C. danae, coletado na Baía de Ubatuba e mantido a 33o/oo de salinidade (animais recém-capturados). A ultracentrifugação da fração microsomal em um gradiente contínuo de sacarose (10-50%) revelou a presença de um único pico de atividade (Na+, K+)-ATPase, coincidente com o pico de atividade K+-fosfatase. Ambas as atividades foram inibidas completamente pela ouabaína. O Western blotting da fração microsomal apresentou uma única banda imunoespecífica contra a subunidade alfa da (Na+, K+)-ATPase, sugerindo a presença de uma única isoforma para a cadeia alfa da enzima. A hidrólise do ATP ocorreu em sítios de alta afinidade que apresentaram interações sítio-sítio (nH=3,6) com uma atividade específica V= 35,4 ± 2,1 U/mg e K0,5= 54,0 ± 4,0 nM, bem como em sítios de baixa afinidade, que obedeceram uma cinética Michaeliana, com V= 271,5 ± 17,2 U/mg e KM = 55,0 ± 3,0 uM. A estimulação da atividade da enzima pelos íons Na+ (V= 302,1 ± 14,1 U/mg e K0,5= 5,80 ± 0,3 mM), Mg2+ (V= 309,7 ± 15,7 U/mg e K0,5= 0,48 ± 0,02 mM) e K+ (V= 294,0 ± 11,8 U/mg e K0,5= 1,61 ± 0,06 mM) ocorreu através de interações sítio-sítio, enquanto a estimulação pelos íons NH4+ obedeceu a uma cinética Michaeliana com V= 377,8 ± 22,7 U/mg e KM= 4,61 ± 0,27 mM). Interessantemente, os íons NH4+ estimularam sinergisticamente a atividade específica da enzima em cerca de 90% (V= 557,0 ± 28,3 U/mg), sugerindo que esses íons se ligam em diferentes sítios na molécula. A (Na+,K+)-ATPase do tecido branquial de C. danae hidrolisou o PNFF com V= 125,4 ± 7,5 U/mg, K0,5= 1,2 ± 0,1 mM, através de interações cooperativas (nH= 1,5). Além disso, essa atividade K+-fosfatase foi inibida competitivamente pelo ATP (KI= 57,2 ± 2,6 µM), sugerindo que os dois substratos foram hidrolisados no mesmo sítio da enzima. A estimulação da atividade K+-fosfatase da (Na+,K+)-ATPase pelos íons K+ (V= 121,0 ± 6,1 U/mg; K0,5= 2,1 ± 0,1 mM), Mg2+ (V= 125,3 ± 6,3 U/mg; K0,5= 1,0 ± 0,1 mM) e NH4+ (V= 126,1 ± 4,8 U/mg; K0,5= 13,7 ± 0,5 mM) ocorreram através de interações sítio-sítio, similarmente ao observado para o ATP. A ouabaína e o ortovanadato inibiram completamente a atividade (Na+,K+)-ATPase (KI= 147,2 ± 7,2 uM; KI= 11,2 ± 0,6 nM, respectivamente). Entretanto, para a atividade K+-fosfatase os valores determinados foram significativamente superiores (KI= 830,3 ± 42,5 uM; KI= 34,0 ± 1,4 nM, respectivamente). A inibição da atividade da (Na+,K+)-ATPase por essas duas substâncias foi afetada pela presença de íons NH4+. Entretanto, o mesmo não ocorreu com a atividade K+-fosfatase da enzima. A representação de Arrhenius revelou a ocorrência de uma transição de fase próximo a 19°C, com deltaH1= 15.939 cal/mol e outra a 38°C com deltaH2= 7.719 cal/mol. Temperaturas acima de 43°C provocaram uma rápida inativação da (Na+,K+)-ATPase. Esta é a primeira demonstração da presença de um sítio de alta afinidade para o ATP na (Na+,K+)-ATPase de crustáceo. Os resultados obtidos sugerem que as atividades (Na+,K+)-ATPase e K+-fosfatase pertencem à mesma enzima e que a preparação não apresenta contaminações por outras ATPases e/ou fosfatases. Do ponto de vista fisiológico, os resultados deste trabalho são relevantes em relação à excreção ativa dos íons NH4+ pelos crustáceos.
Title in English
Kinetic characterization of the (Na+,K+)-ATPase from the gill microsomal tissue of the swimming crab Callinectes danae (CRUSTACEA, PORTUNIDAE).
Keywords in English
(Na+/K+)-ATPase
ammonium ions excretion
Callinectes danae
Osmoregulation
Abstract in English
The modulation by Mg+2, Na+, K+, NH4+ ions and ATP of the (Na+, K+)-ATPase activity in a microsomal fraction from Callinectes danae gills was analyzed. ATP was hydrolyzed at high-affinity binding sites at a maximal rate of V= 35.4 ± 2.1 U/mg and K0.5= 54.0 ± 3.6 nM, obeying cooperative kinetics (nH= 3.6). At low-affinity sites, the enzyme hydrolyzed ATP obeying Michaelis-Menten kinetics with KM= 55.0 ± 3.0 uM and V= 271.5 ± 17.2 U/mg. This is the first demonstration of a crustacean (Na+, K+)-ATPase possessing two ATP hydrolyzing sites. Stimulation by sodium (K0.5= 5.80 ± 0.30 mM), magnesium (K0.5= 0.48 ± 0.02 mM) and potassium ions (K0.5= 1.61 ± 0.06 mM) exhibited site-site interactions, while that by ammonium ions obeyed Michaelis-Menten kinetics (KM= 4.61 ± 0.27 mM). Ouabain (KI= 147.2 ± 7.2 uM) and orthovanadate (KI= 11.2 ± 0.6 nM) completely inhibited ATPase activity, indicating the absence of contaminating ATPase and/or neutral phosphatase activities. Ammonium and potassium ions synergistically stimulated the enzyme, increasing specific activities up to 90%, suggesting that these ions bind to different sites on the molecule and that the presence of each ion modulates enzyme stimulation by the other. The kinetic properties of a microsomal gill (Na+,K+)-ATPase were also analyzed using p-nitrophenylphosphate as substrate. The (Na+,K+)-ATPase hydrolyzed the substrate obeying cooperative kinetics (n= 1.5) at rates of V= 125.4 ± 7.5 U/mg and K0.5= 1.2 ± 0.1 mM and ATP competitively inhibited K+-phosphatase activity (KI= 57.2 ± 2.6 µM). Enzyme stimulation by potassium (V= 121.0 ± 6.1 U/mg; K0.5= 2.1 ± 0.1 mM) and magnesium ions (V= 125.3 ± 6.3 U/mg; K0.5= 1.0 ± 0.1 mM) was cooperative. Ammonium ions stimulated the enzyme through site-site interactions to a rate of V= 126.1 ± 4.8 U/mg with K0.5= 13.7 ± 0.5 mM. However, the K+-phosphatase activity was not synergistically stimulated using potassium plus ammonium ions. Sodium ions (KI= 36.7 ± 1.7 mM), ouabain (KI= 830.3 ± 42.5 uM) and orthovanadate (KI= 34.0 ± 1.4 nM) completely inhibited K+-phosphatase activity. The data show that the K+-phosphatase activity corresponds strictly to the (Na+,K+)-ATPase. This is the first invertebrate (Na+,K+)-ATPase shown to exhibit both high- and low-affinity sites for ATP hydrolysis and synergistic stimulation by potassium and ammonium ions (Masui et al., 2002). Further characterization of the K+-phosphatase activity will reveal its specific kinetic characteristics and may become a useful tool in comparative osmoregulatory studies.
 
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Publishing Date
2007-02-26
 
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