KINĀZES: RAKSTUROJUMS, VEIDI, FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Kināzes vai kināzes ir olbaltumvielas ar fermentatīvo aktivitāti, kas ir atbildīgs par katalizēt nodošanu fosfāta grupu (PO4-3) dažāda veida molekulām. Tie ir ārkārtīgi bieži sastopami enzīmi dabā, kur tie veic transcendentālas funkcijas dzīviem organismiem: viņi piedalās vielmaiņā, signalizācijā un arī šūnu komunikācijā.

Pateicoties lielajam procesu skaitam, kuros tie pilda vairākas funkcijas, kināzes ir viens no visvairāk pētītajiem olbaltumvielu veidiem ne tikai bioķīmiskajā, bet arī strukturālajā, ģenētiskajā un šūnu līmenī.

Enzīma Piruvāta kināzes (PYK) un glikolītiskā enzīma struktūras domēni (Avots: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), izmantojot Wikimedia Commons)

Ir noteikts, ka cilvēka genomā ir vismaz 500 gēnu, kas kodē fermentus, kas pieder pie kināžu grupas, kuru fosfātu grupu "akceptoru" substrāti var būt ogļhidrāti, lipīdi, nukleozīdi, olbaltumvielas un cita veida organiskās molekulas.

Šie fermenti ir klasificēti fosfotransferāžu grupā (EC 2.7), un tos parasti izmanto kā fosfātu grupu "donoru" molekulas augstas enerģijas savienojumiem, piemēram, ATP, GTP, CTP un citiem radniecīgiem.

raksturojums

Termins "kināze", kā jau tika komentēts, parasti attiecas uz visiem fermentiem, kas ir atbildīgi par ATP termināla fosfātu grupas pārvietošanu uz citu fosfātu grupas receptoru vai "akceptoru" molekulu.

Neskatoties uz to, ka šie fermenti būtībā katalizē to pašu fosforilgrupu pārnešanas reakciju, starp tiem ir liela dažādība ne tikai struktūras ziņā, bet arī substrātu specifikā un šūnu ceļos, kuros tie piedalās.

Parasti tās struktūru veido β-salocītas loksnes un α-helikīši, kas ir speciāli salocīti, lai veidotu aktīvo vietu, un minētajā aktīvajā vietā parasti ir pozitīvi lādēti joni (katjoni), kas stabilizē to nodoto fosfātu grupu negatīvos lādiņus.

Aktīvajā vietā vai tās tuvumā substrātiem ir divas saistīšanas vietas: viena ATP vai fosfātu grupas donora molekulai un otra fosforilētajam substrātam.

Šo fermentu vispārējo reakciju (fosforilēšanu) var aplūkot šādi:

ATP + substrāts → ADP + fosforilēts substrāts

Kur ATP ziedo fosfātu grupu, kuru iegūst substrāts.

Veidi

Saskaņā ar Starptautiskās Bioķīmijas un molekulārās bioloģijas savienības (NC-IUBMB) Nomenklatūras komitejas klasifikāciju kināzes ir atrodamas fosfotransferāžu grupā (EC 2.7, fermenti, kas pārnes fosforu saturošas grupas), kas ir sadalīta sīkāk, savukārt apmēram 14 klasēs (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Būtiskās atšķirības starp šīm 14 fosfotransferāžu klasēm attiecas uz fosfātu grupas “akceptoru” molekulas, ko tās nodod, ķīmiskajām īpašībām (vai tās molekulas daļas raksturu, kas saņem fosfātu grupu).

Šajā kategorijā (fosfotransferāzes fermenti) ir arī daži fermenti, kas pārnes fosfātu grupas, bet neizmanto ATP molekulas kā "donoru", bet tā vietā izmanto neorganiskos fosfātus.

Kopumā šīs klases ir aprakstītas šādi:

EC 2.7.1.: Fosfotransferāzes fermenti, kuru fosfātu grupas akcents ir spirts

Šī ir viena no svarīgākajām daudzu organismu enerģijas metabolisma grupām, jo ​​tajā ir fermenti, kas ir atbildīgi par ogļhidrātu un to atvasinājumu fosforilēšanu, piemēram, glikoze, galaktoze, fruktoze, mannoze, glikozamīns, riboze un ribuloze, ksiloze, glicerīns, starp daudziem citiem - piruvāts, mevalonāts, arabinoze, inozitols.

Šo parasto enzīmu piemēri ir heksokināze, glikokināze, fosfofruktokināze un piruvāta kināze, kas ir tieši iesaistīti glikolītiskajā ceļā, kas ir atbildīgs par glikozes oksidēšanu enerģijas ražošanai ATP formā.

EC 2.7.2: fosfotransferāžu enzīmi, kuru karboksilgrupa ir fosfātu grupas akceptors

Šajā kināzes vai fosfotransferāzes klasē enzīmi ir fermenti, kas pārnes fosfātu grupas uz molekulu porcijām ar karboksilgrupām, piemēram, acetāts, karbamāts, aspartāts, fosfoglicerāts.

EK 2.7.3:

Metaboliski runājot, šai fermentu grupai ir arī liela nozīme, jo tie ir atbildīgi par fosfātu grupu pārnešanu uz molekulām, piemēram, kreatinīnu, arginīnu, glutamīnu, guanidīna-acetātu utt.

EC 2.7.4: fosfotransferāžu enzīmi, kuriem kā fosfātu grupas akceptoriem ir cita fosfātu grupa

Liela daļa šīs grupas enzīmu darbojas augstas enerģijas savienojumu, piemēram, ATP, GTP, CTP un citu, veidošanās vai hidrolīzes regulēšanā, jo tie ir atbildīgi par fosfātu grupu pievienošanu, noņemšanu vai apmaiņu starp šāda veida molekulām. vai tā prekursori.

Viņi piedalās arī fosfātu grupu pārvietošanā uz citām iepriekš fosforilētām molekulām, kuras pēc būtības var būt lipīdi, ogļhidrātiem vai to atvasinājumiem.

Šo svarīgo enzīmu piemēri ir adenilāta kināze, nukleozīdu fosfāta kināze, nukleozīdu trifosfāta adenilāta kināze, UMP / CMP kināze un farnesilfosfāta kināze utt.

EC 2.7.6: difosfotransferāzes fermenti

Difosfotransferāzes katalizē divu fosfātu grupu pārvietošanos vienlaikus uz to pašu substrātu. Šo enzīmu piemēri ir ribozes fosfāta difosfokināze, tiamīna difosfokināze un GTP difosfokināze, kas ir svarīgs enzīms purīnu metabolismā.

EC 2.7.7: nukleotīdiem raksturīgās fosfotransferāzes (nukleotidilfosfotransferāzes) fermenti

Nukleotidilfosfotransferāzes piedalās daudzos šūnu procesos, kas saistīti ar citu olbaltumvielu un fermentu aktivizēšanu un inaktivāciju, kā arī dažos DNS atjaunošanas mehānismos.

Tās funkcija ir dažādu slāpekļa bāzu nukleotīdu, parasti monofosfātu nukleotīdu, pārnešana. Šajā fermentu klasē cita starpā ir DNS un RNS polimerāzes (gan no DNS, gan no RNS atkarīgas), UDP-glikozes 1-fosfāta uridiltransferāze.

EC 2.7.8: fermenti, kas pārnes fosfātu grupas ar aizvietotājiem

Šai klasei ir nozīmīgas funkcijas lipīdu metabolisma ceļos, īpaši to sintēzē. Viņi ir atbildīgi par fosforilēto molekulu (fosfātu grupu ar aizvietotājiem) pārvietošanu uz citām "akceptoru" molekulām.

Šīs enzīmu grupas piemēri ir etanolamīna fosfotransferāze, diacilglicerīna holīna fosfotransferāze, sfingomielīna sintāze utt.

EC 2.7.9: fosfotransferāzes fermenti ar pārī esošiem receptoriem

Šie fermenti izmanto vienu fosfātu grupas donoru (ATP vai radniecīgu), lai fosforilētu divas dažādas akceptoru molekulas. Šo fermentu piemēri ir piruvāta fosfāta dikināze (PPDK) un fosfoglikāna ūdens dikināze.

Fosfotransferāzes, kas fosforilē dažāda veida olbaltumvielu aminoskābju atlikumus

EC 2.7.10: olbaltumvielu tirozīnkināzes

Olbaltumvielu tirozīnkināzes ir fermenti, kas katalizē fosfātu grupu pārnešanu uz tirozīna atlikumiem dažādu veidu olbaltumvielu akceptoru polipeptīdu ķēdēs.

EC 2.7.11: olbaltumvielu-serīna / treonīna kināzes

Kā to dara olbaltumvielu tirozīnkināzes, šī enzīmu grupa katalizē fosfātu grupu pārnešanu uz serīna vai treonīna atlikumiem citos proteīnos.

Zināms šo olbaltumvielu piemērs ir C olbaltumvielu kināžu saime, kas piedalās vairākos ceļos, bet jo īpaši lipīdu metabolismā.

Šajā grupā iekļautas arī daudzas cikliskās AMP un cikliskās no GMP atkarīgās olbaltumvielu kināzes, kurām ir nozīmīga ietekme uz šūnu diferenciāciju, augšanu un komunikāciju.

EC 2.7.12: kināzes ir divējādas specifiskas (tās var darboties gan ar serīna / treonīna, gan tirozīna atlikumiem)

Mitogēnu aktivētās proteīnu kināžu kināzes (MAPKK) ir daļa no šīs enzīmu grupas, kas spēj nepārprotami fosforilēt citu proteīnu kināžu serīna, treonīna vai tirozīna atlikumus.

Olbaltumvielu histidīna kināzes (EC 2.7.13) un olbaltumvielu-arginīna kināzes (EC 2.7.14)

Ir arī citi proteīna kināzes, kas dažos proteīnu veidos spēj pārnest fosfātu grupas uz histidīna un arginīna atlikumiem, un tās ir olbaltumvielu-histidīna kināzes un olbaltumvielu-arginīna kināzes.

Citas klasifikācijas formas

Pēc dažādu autoru domām, kināzes var labāk klasificēt pēc substrāta veida, ko viņi izmanto kā fosfātu grupas akceptoru.

Citi uzskata, ka labākais veids, kā klasificēt šos fermentus, ir pēc to aktīvās vietas struktūras un īpašībām, tas ir, pēc jonu vai noteiktu molekulu uzbūves un klātbūtnes tajā.

Atkarībā no substrāta veida kināzes var klasificēt kā olbaltumvielu kināzes (kuras fosforilē citus proteīnus), lipīdu kināzes (kuras fosforilē lipīdus), ogļhidrātu kināzes (kas fosforilē dažāda veida ogļhidrātus), nukleozīdu fosforilāzes (kuras fosforilē nukleozīdus) utt.

Iespējas

Kināzes grupas fermentiem ir visuresošs raksturs, un viena šūna var uzņemt simtiem dažādu veidu, katalizējot reakcijas uz vairākiem šūnu ceļiem.

Tās funkcijas var būt ļoti dažādas:

-Viņi piedalās vairākos šūnu signalizācijas un komunikācijas procesos, īpaši olbaltumvielu kināzes, kas katalizē citu proteīnu kināžu (fosforilēšanas kaskādes) secīgu fosforilēšanu, reaģējot uz iekšējiem un ārējiem stimuliem.

-Dažām no šīm olbaltumvielām, kurām ir fermentatīva aktivitāte, ir centrālās funkcijas ogļhidrātu, lipīdu, nukleotīdu, vitamīnu, kofaktoru un aminoskābju metabolismā. Piemēram, nekas cits glikolīzē neietver vismaz 4 kināzes: heksokināzi, fosfofruktokināzi, fosfoglicerāta kināzi un piruvāta kināzi.

- Starp signalizācijas funkcijām kināzes ir iesaistītas gēnu ekspresijas regulēšanas procesos, muskuļu kontrakcijās un izturībā pret antibiotikām dažāda veida dzīvos organismos.

-Proteīna tirozīnkināzēm ir funkcijas daudzu signālu pārvades ceļu regulēšanā, kas ir saistīti ar attīstību un komunikāciju daudzšūnu metazoānos.

-Olbaltumvielu modificēšana ar fosforilēšanu (citos šūnu kontekstā, izņemot šūnu signālu pārnešanu) ir svarīgs elements, regulējot liela daudzuma enzīmu, kas piedalās dažādos metabolisma procesos, aktivitāti. Šis ir šūnu cikla regulēšanas piemērs, ko nodrošina daudzie no kināzes atkarīgie ciklīna proteīni.

-Kināzes, kas spēj fosforilēt lipīdus, ir būtiskas šūnu membrānu pārveidošanas procesiem, kā arī jaunu membrānu sintēzei un veidošanai.

Atsauces

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grišins, NV (2002). Kināžu secība un struktūras klasifikācija. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. Cooper, J. (2018). Enciklopēdija Britannica. Izgūts no britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Jaunumi olbaltumvielu kināzēs. Rijeka, Horvātija: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Olbaltumvielu fosforilēšanas vēsturiskās perspektīvas un olbaltumvielu kināžu klasifikācijas sistēma. Fils. Trans. R. Soc. Lond. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). Olbaltumvielu fosforilēšana: galvenais bioloģiskās regulēšanas mehānisms. Bioķīmiskās sabiedrības darījumi, 13, 813–820.
6. Starptautiskās bioķīmijas un molekulārās bioloģijas savienības (NC-IUBMB) Nomenklatūras komiteja. (2019. gads). Saturs no qmul.ac.uk