KINAZĖS: CHARAKTERISTIKOS, TIPAI, FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2025

Kinazės arba kinazės yra baltymai, su fermentinio aktyvumo, kad yra atsakingas už katalizuoti fosfato grupių perdavimo (PO4-3) į skirtingų tipų molekulių. Jie yra ypač paplitę fermentai gamtoje, kur jie atlieka transcendentines gyvų organizmų funkcijas: jie dalyvauja medžiagų apykaitoje, signalizacijoje ir ląstelių ryšyje.

Dėl daugybės procesų, kuriuose jos atlieka daugybę funkcijų, kinazės yra viena iš labiausiai ištirtų baltymų rūšių ne tik biocheminiu, bet ir struktūriniu, genetiniu bei ląstelių lygiu.

Fermento „Piruvato kinazės“ (PYK) ir glikolitinio fermento struktūros domenai (Šaltinis: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) per „Wikimedia Commons“)

Nustatyta, kad žmogaus genome yra mažiausiai 500 genų, koduojančių fermentus, priklausančius kinazių grupei, kurių fosfato grupių „akceptorių“ substratai gali būti angliavandeniai, lipidai, nukleozidai, baltymai ir kitokio tipo organinės molekulės.

Šie fermentai klasifikuojami fosfotransferazių grupėje (EC 2.7) ir paprastai naudojami kaip „donorinės“ fosfatų grupių molekulės didelės energijos junginiams, tokiems kaip ATP, GTP, CTP ir kitiems giminingiems.

charakteristikos

Kaip buvo komentuota, terminas „kinazė“ paprastai reiškia visus fermentus, atsakingus už ATP galinės fosfato grupės perkėlimą į kitą fosfato grupės receptorių arba „akceptorių“ molekulę.

Nepaisant to, kad šie fermentai katalizuoja iš esmės tą pačią fosforilo grupės perdavimo reakciją, tarp jų yra didžiulė įvairovė ne tik struktūros, bet ir substratų specifiškumo bei ląstelių kelių, kuriuose jie dalyvauja, atžvilgiu.

Paprastai jos struktūrą sudaro β sulankstyti lakštai ir α-spiralės, kurios sulankstytos specialiai tam, kad sudarytų aktyviąją vietą, o minėtoje aktyviojoje vietoje paprastai yra teigiamai įkrautų jonų (katijonų), kurie stabilizuoja jų pernešamų fosfatų grupių neigiamus krūvius.

Aktyviojoje vietoje arba šalia jos yra dvi substratų surišimo vietos: viena ATP arba fosfato grupės donoro molekulėms, kita - substratui fosforilinti.

Bendra šių fermentų reakcija (fosforilinimas) gali būti vertinama taip:

ATP + substratas → ADP + fosforilintas substratas

Kur ATP aukoja fosfato grupę, kurią gauna substratas.

Tipai

Pagal Tarptautinės biochemijos ir molekulinės biologijos sąjungos (NC-IUBMB) Nomenklatūros komiteto klasifikaciją kinazės randamos fosfotransferazių grupėje (EC. 2.7, fermentai, pernešančios fosforo turinčias grupes), kuri yra padalinta į dalis, savo ruožtu maždaug 14 klasių (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Esminiai šių 14 fosfotransferazių klasių skirtumai yra susiję su fosfato grupės, kurią jos perkelia, „akceptoriaus“ molekulės chemine prigimtimi (arba tos molekulės dalies, kuri gauna fosfato grupę, pobūdžiu).

Šioje kategorijoje (fosfotransferazės fermentai) taip pat yra keletas fermentų, kurie perkelia fosfato grupes, tačiau nenaudoja ATP molekulių kaip „donoro“, o naudoja neorganinius fosfatus.

Apskritai šios klasės apibūdinamos taip:

EC 2.7.1: Fosfotransferazės fermentai, kurių fosfatų grupės akceptorius yra alkoholis

Tai yra viena iš svarbiausių daugelio organizmų energetinio metabolizmo grupių, nes joje yra fermentų, atsakingų už angliavandenių ir jų darinių fosforilinimą, pavyzdžiui, gliukozės, galaktozės, fruktozės, manozės, gliukozamino, ribozės ir ribozės, ksilozės, glicerolio, piruvatas, mevalonatas, arabinozė, inozitolis ir daugelis kitų.

Šių bendrų fermentų pavyzdžiai yra heksokinazė, gliukokinazė, fosfofruktokinazė ir piruvato kinazė, tiesiogiai dalyvaujantys glikolitiniame kelyje, kuris yra atsakingas už gliukozės oksidaciją energijai gaminti ATP pavidalu.

EC 2.7.2: fosfotransferazės fermentai, turintys karboksilo grupę kaip fosfato grupės akceptorių

Šioje kinazės arba fosfotransferazės klasėje fermentai yra fermentai, perkeliantys fosfato grupes į dalis molekulių su karboksilo grupėmis, pavyzdžiui, acetatas, karbamatas, aspartatas, fosfogliceratas.

EB 2.7.3:

Metaboliškai kalbant, ši fermentų grupė taip pat turi didelę reikšmę, nes jie yra atsakingi už fosfato grupių perkėlimą į tokias molekules kaip kreatininas, argininas, glutaminas, guanidino-acetatas ir kt.

EC 2.7.4: fosfotransferazės fermentai, turintys kitą fosfato grupę kaip fosfato grupės akceptorių

Didelė šios grupės fermentų funkcija reguliuojant didelės energijos junginių, tokių kaip ATP, GTP, CTP ir kitų, susidarymą ar hidrolizę, nes jie yra atsakingi už fosfato grupių pridėjimą, pašalinimą ar mainus tarp šių rūšių molekulių. ar jo pirmtakai.

Jie taip pat dalyvauja fosfato grupių perkėlime į kitas anksčiau fosforilintas molekules, kurios gali būti lipidų pobūdžio, angliavandeniai ar jų dariniai.

Šių svarbių fermentų pavyzdžiai yra adenilato kinazė, nukleozidų fosfato kinazė, nukleozidų trifosfato adenilato kinazė, UMP / CMP kinazė ir farnesilfosfato kinazė ir kt.

EC 2.7.6: difosfotransferazės fermentai

Difosfotransferazės katalizuoja dviejų fosfatų grupių perkėlimą tuo pačiu metu į tą patį substratą. Šių fermentų pavyzdžiai yra ribozės fosfato difosfokinazė, tiamino difosfokinazė ir GTP difosfokinazė, kuri yra svarbus purinų metabolizmo fermentas.

EB 2.7.7: nukleotidams būdingos fosfotransferazės (nukleotidilfosfotransferazės) fermentai

Nukleotidilfosfotransferazės dalyvauja daugelyje ląstelių procesų, susijusių su kitų baltymų ir fermentų aktyvavimu ir inaktyvavimu, taip pat kai kuriuose DNR atstatymo mechanizmuose.

Jo funkcija yra perduoti nukleotidus, dažniausiai skirtingų azotinių bazių monofosfato nukleotidus. Šioje fermentų klasėje yra DNR ir RNR polimerazės (priklausomos nuo DNR ir RNR), UDP-gliukozės 1-fosfato uridiltransferazė.

EC 2.7.8: fermentai, perkeliantys fosfatų grupes pakaitomis

Ši klasė turi reikšmingų funkcijų lipidų apykaitos procesuose, ypač jų sintezėje. Jie yra atsakingi už fosforilintų molekulių (fosfato grupių su pakaitomis) perkėlimą į kitas „akceptorių“ molekules.

Šios fermentų grupės pavyzdžiai yra etanolamino fosfotransferazė, diacilglicerolio cholino fosfotransferazė, sfingomielino sintazė ir kt.

EC 2.7.9: fosfotransferazės fermentai su poriniais receptoriais

Šie fermentai naudoja vieną fosfatų grupės donorą (ATP arba susijusį), kad fosforilintų dvi skirtingas akceptorių molekules. Šių fermentų pavyzdžiai yra piruvato fosfato dikinazė (PPDK) ir vandens fosfoglikano dikinazė.

Fosfotransferazės, kurios fosforilina įvairių rūšių baltymų aminorūgščių liekanas

EC 2.7.10: baltymų tirozino kinazės

Baltymų tirozino kinazės yra fermentai, katalizuojantys fosfato grupių perkėlimą į tirozino liekanas skirtingų tipų baltymų receptorių polipeptidinėse grandinėse.

EC 2.7.11: baltymų-serino / treonino kinazės

Kaip ir baltymų tirozino kinazės, ši fermentų grupė katalizuoja fosfato grupių perkėlimą į serino arba treonino liekanas kituose baltymuose.

Žinomas šių baltymų pavyzdys yra baltymų kinazių C šeima, kurios dalyvauja keliais keliais, bet ypač metabolizuoja lipidus.

Į šią grupę taip pat įeina daugybė ciklinių AMP ir ciklinių nuo GMP priklausomų baltymų kinazių, turinčių didelę reikšmę ląstelių diferenciacijai, augimui ir ryšiui.

EC 2.7.12: kinazės yra dvigubai specifiškos (jos gali veikti tiek serino / treonino, tiek tirozino likučius)

Mitogenu suaktyvintos baltymų kinazių kinazės (MAPKK) yra šios fermentų grupės dalis, gebančios nepadoriai fosforilinti kitų baltymų kinazių serino, treonino ar tirozino liekanas.

Baltymų histidino kinazės (EC 2.7.13) ir baltymų-arginino kinazės (EC 2.7.14)

Yra ir kitų baltymų kinazių, galinčių perkelti fosfato grupes į histidino ir arginino liekanas kai kurių rūšių baltymuose. Tai yra baltymų histidino kinazės ir baltymų arginino kinazės.

Kitos klasifikavimo formos

Skirtingų autorių teigimu, kinazes galima geriau klasifikuoti pagal substrato tipą, kurį jie naudoja kaip fosfatų grupės akceptorių.

Kiti mano, kad geriausias būdas klasifikuoti šiuos fermentus yra pagal jų aktyviosios vietos struktūrą ir savybes, tai yra pagal jonų ar tam tikrų molekulių konformaciją ir buvimą jame.

Priklausomai nuo substrato tipo, kinazes galima klasifikuoti kaip baltymų kinazes (kurios fosforilina kitus baltymus), lipidų kinazes (kurios fosforilina lipidus), angliavandenių kinazes (kurios fosforilina įvairius angliavandenių tipus), nukleozidų fosforilazes (kurios fosforilina nukleozidus) ir kt.

funkcijos

Kinazės grupės fermentai yra visur esančio pobūdžio ir vienoje ląstelėje gali būti šimtai skirtingų tipų, katalizuojantys reakcijas keliais ląstelių keliais.

Jos funkcijos gali būti labai įvairios:

-Jie dalyvauja daugialypiuose ląstelių signalizacijos ir ryšio procesuose, ypač baltymų kinazėse, kurios katalizuoja nuoseklų kitų baltymų kinazių (fosforilinimo kaskadų) fosforilinimą, reaguodamos į vidinius ir išorinius dirgiklius.

-Kai kurie iš šių fermentų veikiančių baltymų atlieka pagrindines angliavandenių, lipidų, nukleotidų, vitaminų, kofaktorių ir amino rūgščių metabolizmo funkcijas. Pavyzdžiui, niekur kitur glikolizėje nėra mažiausiai 4 kinazių: heksokinazės, fosfofruktokinazės, fosfoglicerinato kinazės ir piruvato kinazės.

- Atlikdamos signalizacijos funkcijas, kinazės dalyvauja genų ekspresijos reguliavimo procesuose, raumenų susitraukime ir įvairių rūšių gyvų organizmų atsparume antibiotikams.

- Baltymų tirozino kinazės atlieka daugelio signalo perdavimo būdų, susijusių su plėtra ir ryšiu daugiagyslių metazoanose, reguliavimą.

- Baltymų modifikavimas fosforilinant (kituose ląstelių kontekstuose, išskyrus signalus ląstelėse) yra svarbus elementas reguliuojant daugybės fermentų, dalyvaujančių skirtinguose metabolizmo procesuose, aktyvumą. Tai yra daugelio kinazių priklausomų ciklino baltymų ląstelių ciklo reguliavimo pavyzdys.

-Kinazės, galinčios fosforilinti lipidus, yra būtinos ląstelių membranų rekonstravimo procesams, taip pat naujų membranų sintezei ir formavimui.

Nuorodos

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Kinazių seka ir struktūra. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. Cooperis, J. (2018). Enciklopedija „Britannica“. Gauta iš britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Baltymų kinazių progresas. Rijeka, Kroatija: „InTech Open“.
4. Krebs, E. (1983). Baltymų fosforilinimo istorinės perspektyvos ir baltymų kinazių klasifikavimo sistema. Philas. Trans. R. Soc. Lond. B, 302, 3–11.
5. Krebs, E. (1985). Baltymų fosforilinimas: pagrindinis biologinio reguliavimo mechanizmas. Biocheminės visuomenės sandoriai, 13, 813–820.
6. Tarptautinės biochemijos ir molekulinės biologijos sąjungos (NC-IUBMB) Nomenklatūros komitetas. (2019 m.). Gauta iš qmul.ac.uk