KINÁZY: CHARAKTERISTIKY, TYPY, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2025

Kinázy alebo kinázy sú proteíny s enzymatickou aktivitou, ktoré sú zodpovedné za katalýzou prenos fosfátových skupín (PO4-3) do rôznych typov molekúl. V prírode sa jedná o mimoriadne bežné enzýmy, v ktorých vykonávajú transcendentálne funkcie pre živé organizmy: podieľajú sa na metabolizme, signalizácii a tiež na bunkovej komunikácii.

Vďaka veľkému počtu procesov, v ktorých plnia viac funkcií, sú kinázy jedným z najviac študovaných typov proteínov, a to nielen na biochemickej úrovni, ale aj na štrukturálnej, genetickej a bunkovej úrovni.

Domény štruktúry enzýmu pyruvátkinázy (PYK) a glykolytického enzýmu (Zdroj: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) prostredníctvom Wikimedia Commons)

Zistilo sa, že ľudský genóm má najmenej 500 génov, ktoré kódujú enzýmy patriace do skupiny kináz, ktorých "akceptorovými" substrátmi pre fosfátové skupiny môžu byť uhľohydráty, lipidy, nukleozidy, proteíny a iné typy organických molekúl.

Tieto enzýmy sú klasifikované v skupine fosfotransferáz (EC 2.7) a obvykle sa používajú ako „donorové“ molekuly fosfátových skupín na vysokoenergetické zlúčeniny, ako sú ATP, GTP, CTP a ďalšie príbuzné.

vlastnosti

Termín „kináza“, ako už bolo uvedené, sa všeobecne týka všetkých enzýmov, ktoré sú zodpovedné za prenos terminálnej fosfátovej skupiny ATP na iný receptor alebo „akceptorovú“ molekulu fosfátovej skupiny.

Napriek tomu, že tieto enzýmy katalyzujú v podstate rovnakú reakciu prenosu fosforylovej skupiny, existuje medzi nimi veľká rôznorodosť, nielen čo sa týka štruktúry, ale aj špecifickosti substrátov a bunkových ciest, na ktorých sa zúčastňujú.

Všeobecne je jeho štruktúra zložená z ß-zložených listov a a-helixov, ktoré sú zložené špecificky za vzniku aktívneho miesta, a uvedené aktívne miesto obvykle obsahuje pozitívne nabité ióny (katióny), ktoré stabilizujú záporné náboje fosfátových skupín, ktoré prenášajú.

Na alebo blízko aktívneho miesta sú dve väzbové miesta pre substráty: jedno pre ATP alebo donorovú molekulu fosfátovej skupiny a jedno pre substrát, ktorý má byť fosforylovaný.

Všeobecnú reakciu týchto enzýmov (fosforyláciu) je možné vidieť takto:

ATP + substrát → ADP + fosforylovaný substrát

Kde ATP daruje fosfátovú skupinu, ktorú substrát získa.

druhy

Podľa klasifikácie Výboru pre nomenklatúru Medzinárodnej únie biochémie a molekulárnej biológie (NC-IUBMB) sa kinázy nachádzajú v skupine fosfotransferáz (EC. 2.7, enzýmy, ktoré prenášajú skupiny obsahujúce fosfor), ktorá je ďalej rozdelená, potom v asi 14 triedach (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Základné rozdiely medzi týmito 14 triedami fosfotransferáz sa týkajú chemickej povahy "akceptorovej" molekuly fosfátovej skupiny, ktorú prenášajú (alebo povahy časti molekuly, ktorá prijíma fosfátovú skupinu).

V rámci tejto kategórie (fosfotransferázové enzýmy) existujú aj niektoré enzýmy, ktoré prenášajú fosfátové skupiny, ale nepoužívajú molekuly ATP ako „donor“, ale namiesto toho používajú anorganické fosfáty.

Tieto triedy sa všeobecne opisujú takto:

EC 2.7.1: Fosfotransferázové enzýmy, ktoré majú ako akceptor fosfátovej skupiny alkohol

Je to jedna z najdôležitejších skupín pre energetický metabolizmus mnohých organizmov, pretože obsahuje enzýmy zodpovedné za fosforyláciu uhľohydrátov a ich derivátov, ako je glukóza, galaktóza, fruktóza, manóza, glukozamín, ribóza a ribulóza, xylóza, glycerol, pyruvát, mevalonát, arabinóza, inozitol a ďalšie.

Príklady týchto bežných enzýmov sú hexokináza, glukokináza, fosfofruktokináza a pyruvát kináza, ktoré sú priamo zapojené do glykolytickej dráhy, ktorá je zodpovedná za oxidáciu glukózy za vzniku energie vo forme ATP.

EC 2.7.2: enzýmy fosfotransferázy, ktoré majú karboxylovú skupinu ako akceptor fosfátovej skupiny

V rámci tejto triedy kinázových alebo fosfotransferázových enzýmov sú okrem iného enzýmy, ktoré prenášajú fosfátové skupiny na časti molekúl s karboxylovými skupinami, ako je napríklad acetát, karbamát, aspartát, fosfoglycerát.

EC 2.7.3:

Z metabolického hľadiska je táto skupina enzýmov tiež veľmi dôležitá, pretože sú zodpovedné za prenos fosfátových skupín na molekuly, ako sú kreatinín, arginín, glutamín, guanidín-acetát atď.

EC 2.7.4: enzýmy fosfotransferázy, ktoré majú inú akceptorovú skupinu fosfátovej skupiny

Veľká časť enzýmov tejto skupiny funguje pri regulácii tvorby alebo hydrolýzy vysokoenergetických zlúčenín, ako sú ATP, GTP, CTP a ďalšie, pretože sú zodpovedné za adíciu, odstránenie alebo výmenu fosfátových skupín medzi týmito typmi molekúl. alebo jeho prekurzory.

Zúčastňujú sa tiež na prenose fosfátových skupín na iné predtým fosforylované molekuly, ktoré môžu byť lipidovej povahy, sacharidy alebo ich deriváty.

Príklady týchto dôležitých enzýmov sú adenylátkináza, nukleozidfosfátkináza, nukleozid trifosfát-adenylát kináza, UMP / CMP kináza a farnezylfosfát kináza atď.

EC 2.7.6: enzýmy difosfotransferázy

Difosfotransferázy katalyzujú prenos dvoch fosfátových skupín súčasne na rovnaký substrát. Príkladmi týchto enzýmov sú ribóza fosfát difosfokináza, tiamín difosfokináza a GTP difosfokináza, čo je dôležitý enzým v metabolizme purínov.

EC 2.7.7: Nukleotidovo špecifické fosfotransferázy (nukleotidylfosfotransferázy) enzýmy

Nukleotidylfosfotransferázy sa podieľajú na mnohých bunkových procesoch podieľajúcich sa na aktivácii a inaktivácii iných proteínov a enzýmov, ako aj na niektorých mechanizmoch opravy DNA.

Jeho funkciou je prenos nukleotidov, zvyčajne monofosfátových nukleotidov rôznych dusíkatých báz. V tejto triede enzýmov sú okrem iného DNA a RNA polymerázy (závislé od DNA aj RNA), UDP-glukóza 1-fosfát uridyltransferáza.

EC 2.7.8: enzýmy prenášajúce fosfátové skupiny so substitúciami

Táto trieda má významné funkcie v metabolických cestách lipidov, najmä ich syntéza. Sú zodpovedné za prenos fosforylovaných molekúl (fosfátových skupín so substitúciami) na iné „akceptorové“ molekuly.

Príklady tejto skupiny enzýmov sú etanolamín fosfotransferáza, diacylglycerol cholín fosfotransferáza, sfingomyelín syntáza, atď.

EC 2.7.9: enzýmy fosfotransferázy s párovými receptormi

Tieto enzýmy používajú jedného donora fosfátovej skupiny (ATP alebo príbuzného) na fosforyláciu dvoch rôznych akceptorových molekúl. Príkladmi týchto enzýmov sú pyruvát fosfát dikináza (PPDK) a fosfoglykánová voda dikináza.

Fosfotransferázy, ktoré fosforylujú aminokyselinové zvyšky rôznych typov proteínov

EC 2.7.10: Proteínové tyrozínkinázy

Proteín-tyrozínkinázy sú enzýmy, ktoré katalyzujú prenos fosfátových skupín špecificky na tyrozínové zvyšky v polypeptidových reťazcoch rôznych typov proteínových akceptorov.

EC 2.7.11: proteín-serín / treonínkinázy

Ako to robia proteínové tyrozínkinázy, táto skupina enzýmov katalyzuje prenos fosfátových skupín na zvyšky serínu alebo treonínu v iných proteínoch.

Známym príkladom týchto proteínov je rodina proteínkináz C, ktoré sa zúčastňujú viacerých dráh, ale najmä metabolizmu lipidov.

Do tejto skupiny je tiež zahrnutých mnoho cyklických AMP a cyklických GMP-dependentných proteínkináz, ktoré majú dôležité dôsledky pre diferenciáciu, rast a komunikáciu buniek.

EC 2.7.12: kinázy sú duálne špecifické (môžu pôsobiť na zvyšky serínu / treonínu aj tyrozínu)

Mitogénom aktivované proteínkinázy kinázy (MAPKK) sú súčasťou tejto skupiny enzýmov, ktoré sú schopné indistinktívne fosforylovať zvyšky serínu, treonínu alebo tyrozínu iných proteínkináz.

Proteín-histidínkinázy (EC 2.7.13) a proteín-arginínkinázy (EC 2.7.14)

V niektorých typoch proteínov existujú ďalšie proteínkinázy schopné prenášať fosfátové skupiny na histidínové a arginínové zvyšky, a to sú proteín-histidínové kinázy a proteín-arginínové kinázy.

Iné formy klasifikácie

Podľa rôznych autorov môžu byť kinázy lepšie klasifikované podľa typu substrátu, ktorý používajú ako akceptor fosfátovej skupiny.

Iní sa domnievajú, že najlepší spôsob klasifikácie týchto enzýmov je podľa štruktúry a charakteristík ich aktívneho miesta, tj podľa konformácie a prítomnosti iónov alebo určitých molekúl v ňom.

V závislosti od typu substrátu môžu byť kinázy klasifikované ako proteínkinázy (ktoré fosforylujú iné proteíny), lipidové kinázy (ktoré fosforylujú lipidy), sacharidové kinázy (ktoré fosforylujú rôzne typy uhľohydrátov), ​​nukleozidové fosforylázy (ktoré fosforylujú nukleozidy), atď.

Vlastnosti

Enzýmy skupiny kináz sú svojou povahou všadeprítomné a jedna bunka môže hostiť stovky rôznych typov, ktoré katalyzujú reakcie na viacerých bunkových dráhach.

Jeho funkcie môžu byť veľmi rozmanité:

- Zúčastňujú sa na viacerých bunkových signalizačných a komunikačných procesoch, najmä na proteínových kinázach, ktoré katalyzujú postupnú fosforyláciu iných proteínových kináz (fosforylačné kaskády) v reakcii na interné a externé stimuly.

- Niektoré z týchto proteínov s enzymatickou aktivitou majú centrálne funkcie v metabolizme uhľohydrátov, lipidov, nukleotidov, vitamínov, kofaktorov a aminokyselín. Napríklad pri glykolýze nič iné nezahŕňa najmenej 4 kinázy: hexokinázu, fosfhofruktokinázu, fosfoglycerátkinázu a pyruvátkinázu.

- V rámci signalizačných funkcií sa kinázy podieľajú na procesoch regulácie génovej expresie, svalovej kontrakcie a rezistencie na antibiotiká v rôznych druhoch živých organizmov.

-Proteín-tyrozínkinázy majú funkcie pri regulácii mnohých signálnych transdukčných dráh, ktoré súvisia s vývojom a komunikáciou v mnohobunkových metazoánoch.

- Modifikácia proteínov fosforyláciou (v iných bunkových kontextoch iných ako bunková signalizácia) je dôležitým prvkom pri regulácii aktivity veľkého počtu enzýmov, ktoré sa zúčastňujú rôznych metabolických procesov. Toto je príklad regulácie bunkového cyklu pomocou mnohých cyklínových proteínov závislých od kinázy.

-Kinázy schopné fosforylovať lipidy sú nevyhnutné pre procesy remodelácie bunkových membrán, ako aj pre syntézu a tvorbu nových membrán.

Referencie

1. Cheek, S., Zhang, H. a Grishin, NV (2002). Klasifikácia sekvencií a štruktúr kináz. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855 - 881.
2. Cooper, J. (2018). Encyklopédia Britannica. Zdroj: britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Pokroky v proteínových kinázach. Rijeka, Chorvátsko: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Historické perspektívy proteínovej fosforylácie a klasifikačný systém pre proteínové kinázy. Phil. Trans. R. Soc. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). Fosforylácia proteínov: hlavný mechanizmus biologickej regulácie. Biochemical Society Transactions, 13, 813 - 820.
6. Výbor pre nomenklatúru Medzinárodnej únie biochémie a molekulárnej biológie (NC-IUBMB). (2019). Zdroj: qmul.ac.uk