KINASER: EGENSKAPER, TYPER, FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

Den kinase eller kinaser er proteiner med enzymatisk aktivitet som er ansvarlig for å katalysere overføring av fosfatgrupper (PO4-3) til forskjellige typer av molekyler. De er ekstremt vanlige enzymer i naturen, der de utfører transcendentale funksjoner for levende organismer: de deltar i metabolisme, i signalering og også i cellulær kommunikasjon.

Takket være det store antall prosesser der de utfører flere funksjoner, er kinaser en av de mest studerte proteintypene, ikke bare på det biokjemiske nivået, men også på det strukturelle, genetiske og cellulære nivået.

Domener til strukturen til enzymet Pyruvat kinase (PYK) et glykolytisk enzym (Kilde: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) via Wikimedia Commons)

Det er bestemt at det humane genom har minst 500 gener som koder for enzymer som tilhører gruppen kinaser, hvis "akseptorsubstrat" ​​for fosfatgrupper kan være karbohydrater, lipider, nukleosider, proteiner og andre typer organiske molekyler.

Disse enzymene er klassifisert i gruppen av fosfotransferaser (EC 2.7), og bruker vanligvis som "donor" -molekyler av fosfatgrupper til høyenergiforbindelser som ATP, GTP, CTP og andre relaterte.

kjennetegn

Uttrykket "kinase", som blitt kommentert, refererer vanligvis til alle enzymer som er ansvarlige for overføringen av den terminale fosfatgruppen til ATP til en annen reseptor eller "akseptor" molekyl i fosfatgruppen.

Til tross for at disse enzymene katalyserer i det vesentlige den samme fosforylgruppeoverføringsreaksjonen, er det stort mangfoldighet blant dem, ikke bare med tanke på struktur, men også i spesifisiteten til substrater og de cellulære traseene de deltar i.

Generelt består strukturen av p-brettede ark og a-helikser som er brettet spesifikt for å danne det aktive setet, og det aktive stedet inneholder vanligvis positivt ladede ioner (kationer) som stabiliserer de negative ladningene til fosfatgruppene de overfører.

På eller i nærheten av det aktive setet er det to bindingssteder for substrater: ett for ATP eller fosfatgruppens donormolekyl og ett for substratet som skal fosforyleres.

Den generelle reaksjonen til disse enzymene (fosforylering) kan sees på følgende måte:

ATP + underlag → ADP + fosforyleret underlag

Hvor ATP donerer fosfatgruppen som underlaget får.

typer

I henhold til klassifiseringen av Nomenclature Committee of International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB), finnes kinaser i gruppen fosfotransferaser (EC. 2.7, enzymer som overfører fosforholdige grupper), som er underinndelt, på sin side i rundt 14 klasser (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

De grunnleggende forskjellene mellom disse 14 klassene fosfotransferaser relaterer seg til den kjemiske naturen til "akseptor" -molekylet i fosfatgruppen som de overfører (eller arten av delen av molekylet som mottar fosfatgruppen).

Innenfor denne kategorien (fosfotransferaseenzymer) er det også noen enzymer som overfører fosfatgrupper, men ikke bruker ATP-molekyler som en "giver", men i stedet bruker uorganiske fosfater.

Stort sett beskrives disse klassene som følger:

EC 2.7.1: Fosfotransferaseenzymer som har en alkohol som fosfatgruppe-akseptor

Dette er en av de viktigste gruppene for energimetabolismen til mange organismer, da den inneholder enzymene som er ansvarlige for fosforylering av karbohydrater og derivater derav, som glukose, galaktose, fruktose, mannose, glukosamin, ribose og ribulose, xylose, glyserol, pyruvat, mevalonat, arabinose, inositol, blant mange andre.

Eksempler på disse vanlige enzymer er heksokinase, glukokinase, fosfofruktokinase og pyruvatkinase, som er direkte involvert i den glykolytiske banen som er ansvarlig for oksydasjon av glukose for produksjon av energi i form av ATP.

EC 2.7.2: fosfotransferaseenzymer med en karboksylgruppe som akseptor for fosfatgruppen

Innenfor denne klassen av kinase- eller fosfotransferaseenzymer er enzymene som overfører fosfatgrupper til deler av molekyler med karboksylgrupper, så som acetat, karbamat, aspartat, fosfoglyserat, blant andre.

EC 2.7.3:

Metabolsk sett er denne gruppen enzymer også av stor betydning, siden de er ansvarlige for overføring av fosfatgrupper til molekyler som kreatinin, arginin, glutamin, guanidin-acetat, etc.

EC 2.7.4: fosfotransferaseenzymer som har en annen fosfatgruppe som akseptor for fosfatgruppen

En stor del av enzymene i denne gruppen fungerer i reguleringen av dannelse eller hydrolyse av høyeenergiforbindelser som ATP, GTP, CTP og andre, siden de er ansvarlige for tilsetning, fjerning eller utveksling av fosfatgrupper mellom disse molekyltypene. eller forgjengerne.

De deltar også i overføringen av fosfatgrupper til andre tidligere fosforylerte molekyler, som kan være lipide i naturen, karbohydrater eller derivater derav.

Eksempler på disse viktige enzymer er adenylatkinase, nukleosidfosfatkinase, nukleosidtrifosfatadenylatkinase, UMP / CMP kinase og farnesyl fosfatkinase, etc.

EC 2.7.6: difosfotransferaseenzymer

Difosfototransferaser katalyserer overføringen av to fosfatgrupper samtidig til det samme underlaget. Eksempler på disse enzymene er ribosefosfatdifosfokinase, tiamindifosfokinase og GTP difosfokinase, som er et viktig enzym i metabolismen av puriner.

EC 2.7.7: nukleotidspesifikke fosfotransferaser (nukleotidyl fosfotransferaser) enzymer

Nukleotidyl-fosfotransferaser deltar i mange cellulære prosesser involvert i aktivering og inaktivering av andre proteiner og enzymer, så vel som i noen DNA-reparasjonsmekanismer.

Dens funksjon er å overføre nukleotider, generelt monofosfatnukleotider av forskjellige nitrogenholdige baser. I denne klassen av enzymer er DNA- og RNA-polymeraser (både DNA og RNA-avhengige), UDP-glukose 1-fosfaturidyltransferase, blant andre.

EC 2.7.8: enzymer som overfører fosfatgrupper med substitusjoner

Denne klassen har betydelige funksjoner i lipidmetabolismebanene, spesielt syntese. De er ansvarlige for overføringen av fosforylerte molekyler (fosfatgrupper med substitusjoner) til andre "akseptor" molekyler.

Eksempler på denne gruppen enzymer er etanolamin-fosfotransferase, diacylglycerol-kolin-fosfotransferase, sfingomyelin-syntase, etc.

EC 2.7.9: fosfotransferaseenzymer med sammenkoblede reseptorer

Disse enzymene bruker en enkelt fosfatgruppedonor (ATP eller beslektet) for å fosforylere to forskjellige akseptormolekyler. Eksempler på disse enzymene er pyruvatfosfat dikinase (PPDK) og fosfoglykanvann dikinase.

Fosfotransferaser som fosforylerer aminosyrerester av forskjellige typer proteiner

EC 2.7.10: proteintyrosinkinaser

Protein-tyrosinkinaser er enzymer som katalyserer overføringen av fosfatgrupper spesifikt til tyrosinrester i polypeptidkjeder av forskjellige typer proteinakseptorer.

EC 2.7.11: protein-serin / treoninkinaser

Som proteintyrosinkinaser gjør, katalyserer denne gruppen enzymer overføringen av fosfatgrupper til serin- eller treoninrester i andre proteiner.

Et kjent eksempel på disse proteiner er familien av proteinkinaser C, som deltar i flere veier, men spesielt i lipidmetabolismen.

Også inkludert i denne gruppen er mange sykliske AMP og sykliske GMP-avhengige proteinkinaser, med viktige implikasjoner for celledifferensiering, vekst og kommunikasjon.

EC 2.7.12: kinaser er dobbeltspesifikke (de kan virke på både serin / treonin- og tyrosinrester)

De mitogenaktiverte proteinkinasekinaser (MAPKK) er en del av denne gruppen enzymer som er i stand til utydelig fosforylering av serin-, treonin- eller tyrosinrester av andre proteinkinaser.

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

Det er andre proteinkinaser som er i stand til å overføre fosfatgrupper til histidin- og argininrester i noen typer proteiner, og disse er protein-histidinkinaser og protein-argininkinaser.

Andre former for klassifisering

I følge forskjellige forfattere kan kinaser bedre klassifiseres i henhold til typen underlag de bruker som en fosfatgruppeacceptor.

Andre vurderer at den beste måten å klassifisere disse enzymene er i henhold til strukturen og egenskapene til deres aktive sted, det vil si i henhold til konformasjonen og tilstedeværelsen av ioner eller visse molekyler i det.

Avhengig av type substrat, kan kinaser klassifiseres som proteinkinaser (som fosforylerer andre proteiner), lipidkinaser (som fosforylerer lipider), karbohydratkinaser (som fosforylerer forskjellige typer karbohydrater), nukleosidfosforylaser (som fosforylerer nukleosider), etc.

Egenskaper

Kinasegruppeenzymer er allestedsnærværende og en enkelt celle kan være vert for hundrevis av forskjellige typer, som katalyserer reaksjoner på flere cellulære veier.

Funksjonene kan være veldig forskjellige:

-De deltar i flere cellulære signaliserings- og kommunikasjonsprosesser, spesielt proteinkinaser, som katalyserer den påfølgende fosforylering av andre proteinkinaser (fosforyleringskaskader) som respons på interne og eksterne stimuli.

-Noen av disse proteinene med enzymatisk aktivitet har sentrale funksjoner i metabolismen av karbohydrater, lipider, nukleotider, vitaminer, kofaktorer og aminosyrer. For eksempel involverer ingenting annet i glykolyse minst 4 kinaser: heksokinase, fosfofruktokinase, fosfoglyseratkinase og pyruvatkinase.

-Langs signalfunksjonene er kinaser involvert i prosessene for regulering av genuttrykk, muskelkontraksjon og antibiotikaresistens i forskjellige typer levende organismer.

-Protein-tyrosinkinaser har funksjoner i reguleringen av mange signaloverføringsveier som er relatert til utvikling og kommunikasjon i flercellede metazoaner.

-Modifiseringen av proteiner ved fosforylering (i andre cellulære sammenhenger enn cellesignalisering) er et viktig element i å regulere aktiviteten til et stort antall enzymer som deltar i forskjellige metabolske prosesser. Slik er eksempelet på cellesyklusregulering av mange kinaseavhengige syklinproteiner.

-Kinaser som er i stand til å fosforylere lipider er essensielle for ombyggingsprosessene til cellemembraner, så vel som for syntese og dannelse av nye membraner.

referanser

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Sekvens og struktur Klassifisering av kinaser. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. Cooper, J. (2018). Encyclopaedia Britannica. Hentet fra britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Fremskritt innen proteinkinaser. Rijeka, Kroatia: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Historiske perspektiver på proteinfosforylering og et klassifiseringssystem for proteinkinaser. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). Fosforylering av proteiner: en viktig mekanisme for biologisk regulering. Biochemical Society Transactions, 13, 813–820.
6. Nomenklaturkomiteen til International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB). (2019). Hentet fra qmul.ac.uk