KINASER: EGENSKABER, TYPER, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den kinase eller kinaser er proteiner med enzymatisk aktivitet, der er ansvarlig for at katalysere overførslen af phosphatgrupper (PO4-3) til forskellige typer molekyler. De er ekstremt almindelige enzymer i naturen, hvor de udøver transcendentale funktioner for levende organismer: de deltager i stofskifte, i signalering og også i cellulær kommunikation.

Takket være det store antal processer, hvor de udfører flere funktioner, er kinaser en af ​​de mest studerede proteintyper, ikke kun på det biokemiske niveau, men også på det strukturelle, genetiske og cellulære niveau.

Domæner for strukturen af ​​enzymet Pyruvat kinase (PYK) et glykolytisk enzym (Kilde: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) via Wikimedia Commons)

Det er blevet bestemt, at det humane genom har mindst 500 gener, der koder for enzymer, der hører til gruppen kinaser, hvis "acceptor" -substrater til phosphatgrupper kan være kulhydrater, lipider, nucleosider, proteiner og andre typer organiske molekyler.

Disse enzymer er klassificeret i gruppen af ​​phosphotransferases (EC 2.7) og bruger sædvanligvis som "donor" -molekyler af phosphatgrupper til højenergiforbindelser, såsom ATP, GTP, CTP og andre beslægtede.

egenskaber

Som blevet kommenteret betegner udtrykket "kinase" almindeligvis alle enzymer, der er ansvarlige for overførslen af ​​den terminale phosphatgruppe af ATP til en anden receptor eller "acceptor" -molekyle i phosphatgruppen.

På trods af det faktum, at disse enzymer i det væsentlige katalyserer den samme phosphorylgruppeoverførselsreaktion, er der stor mangfoldighed blandt dem, ikke kun med hensyn til struktur, men også i specificiteten af ​​substrater og de cellulære veje, hvori de deltager.

Generelt er dens struktur sammensat af p-foldede ark og a-helixer, der er foldet specifikt for at danne det aktive sted, og det aktive sted indeholder normalt positivt ladede ioner (kationer), der stabiliserer de negative ladninger af de phosphatgrupper, de overfører.

På eller i nærheden af ​​det aktive sted er to bindingssteder for substrater: et for ATP eller phosphatgruppens donormolekyle og et for substratet, der skal phosphoryleres.

Den generelle reaktion af disse enzymer (phosphorylering) kan ses som følger:

ATP + substrat → ADP + phosphoryleret substrat

Hvor ATP donerer den fosfatgruppe, som substratet vinder.

typer

I henhold til klassificeringen af ​​Nomenklaturudvalget for International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB) findes kinaser i gruppen af ​​phosphotransferases (EC. 2.7, enzymer, der overfører fosforholdige grupper), som er underopdelt, til gengæld i ca. 14 klasser (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

De grundlæggende forskelle mellem disse 14 klasser af phosphotransferases vedrører den kemiske natur af "acceptor" -molekylet i phosphatgruppen, som de overfører (eller arten af ​​den del af molekylet, der modtager phosphatgruppen).

Inden for denne kategori (phosphotransferase-enzymer) er der også nogle enzymer, der overfører fosfatgrupper, men ikke bruger ATP-molekyler som en "donor", men i stedet bruger uorganiske fosfater.

Stort set beskrives disse klasser som følger:

EC 2.7.1: Phosphotransferase-enzymer med en alkohol som phosphatgruppeacceptor

Dette er en af ​​de vigtigste grupper for energimetabolismen i mange organismer, da den indeholder de enzymer, der er ansvarlige for fosforylering af kulhydrater og deres derivater, såsom glukose, galactose, fruktose, mannose, glukosamin, ribose og ribulose, xylose, glycerol, pyruvat, mevalonat, arabinose, inositol, blandt mange andre.

Eksempler på disse almindelige enzymer er hexokinase, glucokinase, phosphofructokinase og pyruvatkinase, som er direkte involveret i den glykolytiske vej, der er ansvarlig for oxidation af glukose til produktion af energi i form af ATP.

EC 2.7.2: phosphotransferase-enzymer med en carboxylgruppe som acceptor af phosphatgruppen

Inden for denne klasse af kinase- eller phosphotransferase-enzymer er de enzymer, der overfører phosphatgrupper til dele af molekyler med carboxylgrupper, såsom acetat, carbamat, aspartat, phosphoglycerat, blandt andre.

EC 2.7.3:

Metabolisk set er denne gruppe enzymer også meget vigtig, da de er ansvarlige for overførslen af ​​fosfatgrupper til molekyler som creatinin, arginin, glutamin, guanidin-acetat osv.

EC 2.7.4: phosphotransferase enzymer, der har en anden phosphatgruppe som acceptor af phosphatgruppen

En stor del af enzymerne i denne gruppe fungerer i reguleringen af ​​dannelse eller hydrolyse af højenergiforbindelser, såsom ATP, GTP, CTP og andre, da de er ansvarlige for tilsætning, fjernelse eller udveksling af phosphatgrupper mellem disse molekyltyper. eller dets forløbere.

De deltager også i overførslen af ​​fosfatgrupper til andre tidligere fosforylerede molekyler, som kan være lipid i naturen, kulhydrater eller derivater deraf.

Eksempler på disse vigtige enzymer er adenylatkinase, nucleosidphosphatkinase, nucleosid triphosphatadenylatkinase, UMP / CMP kinase og farnesylphosphatkinase osv.

EC 2.7.6: diphosphotransferase enzymer

Diphosphotransferaser katalyserer overførslen af ​​to phosphatgrupper samtidig til det samme substrat. Eksempler på disse enzymer er ribosefosfatdiphosphokinase, thiamindiphosphokinase og GTP-diphosphokinase, som er et vigtigt enzym i metaboliseringen af ​​puriner.

EC 2.7.7: nukleotidspecifikke phosphotransferases (nucleotidylphosphotransferases) enzymer

Nucleotidyl-phosphotransferases deltager i mange cellulære processer involveret i aktivering og inaktivering af andre proteiner og enzymer såvel som i nogle DNA-reparationsmekanismer.

Dets funktion er at overføre nukleotider, generelt monophosphatnukleotider med forskellige nitrogenholdige baser. I denne klasse af enzymer er der DNA- og RNA-polymeraser (både DNA og RNA-afhængige), UDP-glucose-1-phosphaturidyltransferase, blandt andre.

EC 2.7.8: enzymer, der overfører phosphatgrupper med substitutioner

Denne klasse har betydelige funktioner i lipidmetabolismestier, især deres syntese. De er ansvarlige for overførslen af ​​fosforylerede molekyler (phosphatgrupper med substitutioner) til andre "acceptor" molekyler.

Eksempler på denne gruppe enzymer er ethanolamin-phosphotransferase, diacylglycerol-cholin-phosphotransferase, sphingomyelin-syntase osv.

EC 2.7.9: phosphotransferase enzymer med parrede receptorer

Disse enzymer bruger en enkelt phosphatgruppedonor (ATP eller beslægtet) til phosphorylat af to forskellige acceptormolekyler. Eksempler på disse enzymer er pyruvatphosphat dikinase (PPDK) og phosphoglycan vand dikinase.

Phosphotransferaser, der fosforylerer aminosyrerester af forskellige typer proteiner

EC 2.7.10: proteintyrosinkinaser

Protein-tyrosinkinaser er enzymer, der katalyserer overførslen af ​​phosphatgrupper specifikt til tyrosinrester i polypeptidkæder fra forskellige typer proteinacceptorer.

EC 2.7.11: proteinserin / threoninkinaser

Ligesom proteintyrosinkinaser katalyserer denne gruppe enzymer overførslen af ​​fosfatgrupper til serin- eller threoninrester i andre proteiner.

Et kendt eksempel på disse proteiner er familien af ​​proteinkinaser C, der deltager i flere veje, men især i lipidmetabolismen.

Også inkluderet i denne gruppe er mange cykliske AMP og cykliske GMP-afhængige proteinkinaser med vigtige implikationer for celledifferentiering, vækst og kommunikation.

EC 2.7.12: kinaser er dobbelt specifikke (de kan virke på både serin / threonin- og tyrosinrester)

De mitogenaktiverede proteinkinaser kinaser (MAPKK) er en del af denne gruppe enzymer, der er i stand til utydeligt at fosforylere serin-, threonin- eller tyrosinrester fra andre proteinkinaser.

Protein-histidinkinaser (EC 2.7.13) og protein-argininkinaser (EC 2.7.14)

Der er andre proteinkinaser, der er i stand til at overføre phosphatgrupper til histidin- og argininrester i nogle typer proteiner, og disse er protein-histidinkinaser og protein-argininkinaser.

Andre former for klassificering

Ifølge forskellige forfattere kan kinaser bedre klassificeres efter den type underlag, de bruger som en phosphatgruppeacceptor.

Andre mener, at den bedste måde at klassificere disse enzymer er på grund af strukturen og egenskaberne for deres aktive sted, det vil sige i henhold til konformationen og tilstedeværelsen af ​​ioner eller visse molekyler i det.

Afhængigt af typen af ​​substrat kan kinaser klassificeres som proteinkinaser (som fosforylerer andre proteiner), lipidkinaser (som fosforylerer lipider), kulhydratkinaser (som fosforylerer forskellige typer kulhydrater), nukleosidphosphorylaser (som fosforylerer nukleosider) osv.

Funktioner

Kinasegruppeenzymer er allestedsnærværende, og en enkelt celle kan indeholde hundreder af forskellige typer og katalysere reaktioner på flere cellulære veje.

Dets funktioner kan være meget forskellige:

-De deltager i flere cellulære signalerings- og kommunikationsprocesser, især proteinkinaser, som katalyserer den på hinanden følgende fosforylering af andre proteinkinaser (fosforyleringskaskader) som svar på interne og eksterne stimuli.

-Nogle af disse proteiner med enzymatisk aktivitet har centrale funktioner i metabolismen af ​​kulhydrater, lipider, nukleotider, vitaminer, cofaktorer og aminosyrer. For eksempel involverer intet andet i glykolyse mindst 4 kinaser: hexokinase, phosphofructokinase, phosphoglyceratkinase og pyruvatkinase.

-Langs signalfunktionerne er kinaser involveret i processerne med regulering af genekspression, muskelkontraktion og antibiotikaresistens i forskellige typer af levende organismer.

-Protein-tyrosinkinaser har funktioner i reguleringen af ​​mange signaltransduktionsveje, der er relateret til udvikling og kommunikation i multicellulære metazoer.

-Modificeringen af ​​proteiner ved fosforylering (i andre cellulære sammenhænge end cellesignalering) er et vigtigt element i reguleringen af ​​aktiviteten af ​​et stort antal enzymer, der deltager i forskellige metaboliske processer. Sådan er eksemplet på cellecyklusregulering af mange kinase-afhængige cyclinproteiner.

-Kinaser, der er i stand til at fosforylere lipider, er essentielle for ombygningsprocesserne i cellemembraner såvel som for syntese og dannelse af nye membraner.

Referencer

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Sekvens og struktur Klassificering af kinaser. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. Cooper, J. (2018). Encyclopaedia Britannica. Hentet fra britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Fremskridt inden for proteinkinaser. Rijeka, Kroatien: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Historiske perspektiver på proteinphosphorylering og et klassificeringssystem for proteinkinaser. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). Phosforylering af proteiner: en vigtig mekanisme til biologisk regulering. Biokemiske samfundstransaktioner, 13, 813–820.
6. Nomenklaturudvalg for International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB). (2019). Hentet fra qmul.ac.uk