KINAZE: ZNAČILNOSTI, VRSTE, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Kinaza ali kinaz so proteini z encimsko aktivnostjo, ki so odgovorne za katalizo prenosa fosfatnih skupin (PO4-3) na različne tipe molekul. Izjemno pogosti so encimi v naravi, kjer opravljajo transcendentalne funkcije za žive organizme: sodelujejo pri presnovi, v signalizaciji in tudi v celični komunikaciji.

Zahvaljujoč velikemu številu procesov, v katerih opravljajo več funkcij, so kinaze ena najbolj preučenih vrst beljakovin, ne le na biokemični ravni, temveč tudi na strukturni, genetski in celični ravni.

Domene strukture encima Piruvat kinaza (PYK) glikolitični encim (Vir: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) prek Wikimedia Commons)

Ugotovljeno je bilo, da ima človeški genom vsaj 500 genov, ki kodirajo encime, ki spadajo v skupino kinaz, katerih "sprejemni" substrati za fosfatne skupine so lahko ogljikovi hidrati, lipidi, nukleozidi, beljakovine in druge vrste organskih molekul.

Ti encimi so razvrščeni v skupino fosfotransferaz (EC 2.7) in se običajno uporabljajo kot "donorne" molekule fosfatnih skupin do visokoenergijskih spojin, kot so ATP, GTP, CTP in druge sorodne.

značilnosti

Izraz "kinaza", kot je bilo komentirano, se običajno nanaša na vse encime, ki so odgovorni za prenos končne fosfatne skupine ATP v drugo molekulo receptorja ali "akceptorja" fosfatne skupine.

Kljub dejstvu, da ti encimi katalizirajo v resnici enake reakcije prenosa fosforilne skupine, je med njimi velika raznolikost, ne le po strukturi, temveč tudi po specifičnosti substratov in celičnih poti, v katerih sodelujejo.

Na splošno je njegova struktura sestavljena iz β prepognjenih listov in α-vijačnic, ki se zložijo posebej, da tvorijo aktivno mesto, in omenjeno aktivno mesto običajno vsebuje pozitivno nabito ione (katione), ki stabilizirajo negativne naboje fosfatnih skupin, ki jih prenašajo.

Na aktivnem mestu ali v bližini njega sta dve vezavni mesti substrata: eno za ATP ali molekulo darovalca fosfatne skupine in drugo za substrat, ki ga bo fosforiliral.

Splošno reakcijo teh encimov (fosforilacija) lahko vidimo na naslednji način:

ATP + substrat → ADP + fosforilirana podlaga

Kjer ATP donira fosfatno skupino, ki jo substrat pridobi.

Vrste

Po klasifikaciji odbora za nomenklaturo Mednarodne zveze za biokemijo in molekularno biologijo (NC-IUBMB) najdemo kinaze v skupini fosfotransferaz (EC. 2.7, encimi, ki prenašajo skupine, ki vsebujejo fosfor), ki je razdeljena, v približno 14 razredih (ES 2.7.1 - ES 2.7.14).

Temeljne razlike med temi 14 razredi fosfotransferaz se nanašajo na kemično naravo "akceptorske" molekule fosfatne skupine, ki jo prenašajo (ali naravo dela molekule, ki prejema fosfatno skupino).

Znotraj te kategorije (fosfotransferazni encimi) je tudi nekaj encimov, ki prenašajo fosfatne skupine, vendar molekule ATP ne uporabljajo kot "darovalca", temveč uporabljajo anorganske fosfate.

Na splošno so ti razredi opisani na naslednji način:

ES 2.7.1: Encimi fosfotransferaze, ki imajo alkohol kot sprejemnik fosfatne skupine

To je ena najpomembnejših skupin za energetski metabolizem mnogih organizmov, saj vsebuje encime, odgovorne za fosforilacijo ogljikovih hidratov in njihove derivate, kot so glukoza, galaktoza, fruktoza, manoza, glukozamin, riboza in ribuloza, ksiloza, glicerol, piruvat, mevalonat, arabinoza, inozitol, med mnogimi drugimi.

Primeri teh pogostih encimov so hekokinaza, glukokinaza, foshofruktokinaza in piruvat kinaza, ki so neposredno vključeni v glikolitično pot, ki je odgovorna za oksidacijo glukoze za proizvodnjo energije v obliki ATP.

ES 2.7.2: encimi fosfotransferaze, ki imajo karboksilno skupino kot sprejemnik fosfatne skupine

V tem razredu encimov kinaze ali fosfotransferaze spadajo encimi, ki fosfatne skupine prenašajo v dele molekul s karboksilnimi skupinami, kot so acetat, karbamat, aspartat, fosfoglicerat.

ES 2.7.3:

Presnovno gledano je ta skupina encimov tudi velikega pomena, saj so ti odgovorni za prenos fosfatnih skupin v molekule, kot so kreatinin, arginin, glutamin, gvanidin-acetat itd.

ES 2.7.4: encimi fosfotransferaze, ki imajo drugo fosfatno skupino kot sprejemnik fosfatne skupine

Velik del encimov te skupine deluje pri uravnavanju tvorbe ali hidrolize visokoenergijskih spojin, kot so ATP, GTP, CTP in drugi, saj so ti odgovorni za dodajanje, odstranjevanje ali izmenjavo fosfatnih skupin med temi vrstami molekul. ali njegovih predhodnikov.

Sodelujejo tudi pri prenosu fosfatnih skupin na druge prej fosforilirane molekule, ki so lahko v naravi lipidi, ogljikovi hidrati ali njihovi derivati.

Primeri teh pomembnih encimov so adenilat kinaza, nukleozid fosfinakinaza, nukleozid trifosfat adenilat kinaza, UMP / CMP kinaza in farnezil fosfat kinaza itd.

EC 2.7.6: encimi difosfotransferaza

Difosfotransferaze katalizirajo prenos dveh fosfatnih skupin hkrati na isti substrat. Primeri teh encimov so riboza fosfatna difosfokinaza, tiamin difosfokinaza in GTP difosfokinaza, ki je pomemben encim pri presnovi purinov.

ES 2.7.7: fosfotransferaze, specifične za nukleotide (nukleotidil fosfotransferaze), encimi

Nukleotidil fosfotransferaze sodelujejo v številnih celičnih procesih, vključenih v aktivacijo in inaktivacijo drugih beljakovin in encimov, pa tudi v nekaterih mehanizmih popravljanja DNA.

Njegova funkcija je prenos nukleotidov, na splošno monofosfatnih nukleotidov različnih dušikovih baz. V tem razredu encimov spadajo polimeraze DNA in RNA (odvisne od DNK in RNK), med drugimi tudi UDP-glukoza 1-fosfat uridiltransferaza.

ES 2.7.8: encimi, ki prenašajo fosfatne skupine z nadomestki

Ta razred ima pomembne funkcije v poteh presnove lipidov, zlasti pri njihovi sintezi. Odgovorni so za prenos fosforiliranih molekul (fosfatnih skupin z substitucijami) v druge "akceptorske" molekule.

Primeri te skupine encimov so etanolamin-fosfotransferaza, diacilglicerol holin-fosfotransferaza, sfingomijelin sintaza itd.

EC 2.7.9: encimi fosfotransferaze s seznanjenimi receptorji

Ti encimi uporabljajo enega samega darovalca fosfatne skupine (ATP ali sorodnega) za fosforilacijo dveh različnih akceptorskih molekul. Primera teh encimov sta piruvat fosfat dikinaza (PPDK) in fosfoglikanska vodna dikinaza.

Fosfotransferaze, ki fosforilirajo aminokislinske ostanke različnih vrst beljakovin

ES 2.7.10: proteinske tirozin kinaze

Protein-tirozin-kinaze so encimi, ki katalizirajo prenos fosfatnih skupin posebej na ostanke tirozina v polipeptidnih verigah različnih vrst beljakovinskih akceptorjev.

ES 2.7.11: protein-serin / treonin kinaze

Tako kot beljakovinske tirozin kinaze ta skupina encimov katalizira prenos fosfatnih skupin v ostanke serina ali treonina v drugih proteinih.

Znan primer teh beljakovin je družina beljakovinskih kinaz C, ki sodelujejo na več poti, predvsem pa pri presnovi lipidov.

V to skupino spada tudi veliko cikličnih AMP in cikličnih GMP-odvisnih proteinskih kinaz, ki imajo pomembne posledice za celično diferenciacijo, rast in komunikacijo.

ES 2.7.12: kinaze so dvojno specifične (lahko delujejo tako na ostanke serina / treonina kot tirozina)

Mitogen-aktivirane proteinske kinaze (MAPKK) so del te skupine encimov, ki so sposobni neizmerno fosforilirati ostanke serina, treonina ali tirozina v drugih proteinskih kinazah.

Protein-histidin-kinaze (ES 2.7.13) in beljakovinsko-argininske kinaze (ES 2.7.14)

Obstajajo še druge beljakovinske kinaze, ki lahko v nekaterih vrstah beljakovin prenašajo fosfatne skupine na ostanke histidina in arginina in to so beljakovinsko-histidinske kinaze in beljakovinsko-arginin kinaze.

Druge oblike razvrščanja

Po mnenju različnih avtorjev lahko kinaze na boljši način razvrstimo glede na vrsto substrata, ki ga uporabljajo kot sprejemnik fosfatne skupine.

Drugi menijo, da je najboljši način za razvrstitev teh encimov glede na strukturo in značilnosti njihovega aktivnega mesta, torej glede na konformacijo in prisotnost ionov ali določenih molekul v njem.

Glede na vrsto substrata lahko kinaze razvrstimo med proteinske kinaze (ki fosforilirajo druge beljakovine), lipidne kinaze (ki fosforilirajo lipide), ogljikohidratne kinaze (ki fosforilirajo različne vrste ogljikovih hidratov), ​​nukleozidne fosforilaze (ki fosforilirajo nukleozide) itd.

Lastnosti

Encimi skupine kinaze so po naravi vseprisotni in ena sama celica lahko gosti na stotine različnih vrst in katalizira reakcije na več celičnih poteh.

Njegove funkcije so lahko zelo raznolike:

-Sodeljajo v več celičnih procesih signalizacije in komunikacije, zlasti beljakovinskih kinaz, ki katalizirajo zaporedno fosforilacijo drugih proteinskih kinaz (fosforilacijskih kaskad) kot odgovor na notranje in zunanje dražljaje.

- Nekateri od teh beljakovin z encimskim delovanjem imajo osrednje funkcije pri presnovi ogljikovih hidratov, lipidov, nukleotidov, vitaminov, kofaktorjev in aminokislin. Na primer, nič drugega pri glikolizi ne vključuje vsaj 4 kinaz: heksokinaza, foshofruktokinaza, fosfogliceratna kinaza in piruvatkinaza.

-Kod signalnih funkcij so kinaze vključene v procese uravnavanja izražanja genov, krčenja mišic in odpornosti na antibiotike v različnih vrstah živih organizmov.

-Protein-tirozin-kinaze delujejo pri uravnavanju številnih poti transdukcije signala, ki so povezane z razvojem in komunikacijo v večceličnih metazoah.

-Spremenitev beljakovin s fosforilacijo (v drugih celičnih kontekstih razen celične signalizacije) je pomemben element pri uravnavanju aktivnosti velikega števila encimov, ki sodelujejo v različnih presnovnih procesih. Tak primer je uravnavanje številnih ciklinskih proteinov, ki so odvisni od kinaze.

-Kinaze, ki lahko fosforilirajo lipide, so ključne za procese remodeliranja celičnih membran, pa tudi za sintezo in tvorbo novih membran.

Reference

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Klasifikacija zaporedja in strukture kinaz. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. Cooper, J. (2018). Enciklopedija Britannica. Pridobljeno iz britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Napredek proteinskih kinaz. Reka, Hrvaška: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Zgodovinske perspektive fosforilacije beljakovin in klasifikacijski sistem za beljakovinske kinaze. Phil. Trans R. Soc. Lond. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). Fosforilacija beljakovin: glavni mehanizem biološke regulacije. Transakcije Biokemične družbe, 13, 813–820.
6. Odbor za nomenklaturo Mednarodne zveze za biokemijo in molekularno biologijo (NC-IUBMB). (2019). Pridobljeno iz qmul.ac.uk