КІНАЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДИ, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Кінази або кінази являють собою білки з ферментативної активністю, які відповідальні за каталізує перенесення фосфатної групи (PO4-3) для різних типів молекул. Вони є надзвичайно поширеними в природі ферментами, де вони виконують трансцендентні функції для живих організмів: беруть участь у метаболізмі, в сигналізації, а також у клітинному зв’язку.

Завдяки великій кількості процесів, в яких вони виконують численні функції, кінази є одним з найбільш вивчених видів білків не тільки на біохімічному рівні, але і на структурному, генетичному та клітинному рівні.

Домени структури ферменту Піруваткіназа (PYK) - гліколітичний фермент (Джерело: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) через Wikimedia Commons)

Визначено, що геном людини має щонайменше 500 генів, які кодують ферменти, що належать до групи кіназ, субстратами "акцепторних" фосфатних груп можуть бути вуглеводи, ліпіди, нуклеозиди, білки та інші види органічних молекул.

Ці ферменти класифікуються в групі фосфотрансфераз (EC 2.7) і зазвичай використовують як "донорські" молекули фосфатних груп до високоенергетичних сполук, таких як ATP, GTP, CTP та інших пов'язаних з ними.

характеристики

Термін "кіназа", як було прокоментовано, зазвичай відноситься до всіх ферментів, які відповідають за перенесення кінцевої фосфатної групи АТФ до іншої молекули рецептора або "акцепторної" фосфатної групи.

Незважаючи на те, що ці ферменти каталізують по суті однакові реакції перенесення фосфорильної групи, існує велике різноманіття між ними не тільки за структурою, але і за специфічністю субстратів та клітинних шляхів, в яких вони беруть участь.

Як правило, його структура складається з β-складених листів та α-спіралей, які складаються спеціально для формування активного сайту, і зазначений активний сайт зазвичай містить позитивно заряджені іони (катіони), які стабілізують негативні заряди фосфатних груп, які вони переносять.

На активному майданчику або біля нього знаходяться два ділянки зв'язування субстратів: одне для АТФ або молекули донора фосфатної групи та одне для фосфорильованого субстрату.

Загальну реакцію цих ферментів (фосфорилювання) можна розглядати наступним чином:

АТФ + Субстрат → АДФ + Фосфорильований субстрат

Де АТФ дарує фосфатну групу, яку отримує субстрат.

Типи

Відповідно до класифікації Комітету з номенклатури Міжнародного союзу біохімії та молекулярної біології (NC-IUBMB), кінази зустрічаються у групі фосфотрансфераз (EC. 2.7, ферменти, що переносять фосфорсодержащіе групи), яка підрозділяється, у свою чергу, приблизно в 14 класах (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Фундаментальні відмінності між цими 14 класами фосфотрансферази стосуються хімічної природи молекули «акцептор» фосфатної групи, яку вони переносять (або природи частини молекули, яка приймає фосфатну групу).

У межах цієї категорії (фосфотрансферазні ферменти) також є деякі ферменти, які переносять фосфатні групи, але не використовують молекули АТФ як «донора», а натомість використовують неорганічні фосфати.

Загалом ці класи описані так:

EC 2.7.1: ферменти фосфотрансферази, що мають алкоголь як акцептор фосфатної групи

Це одна з найважливіших груп енергетичного обміну багатьох організмів, оскільки вона містить ферменти, відповідальні за фосфорилювання вуглеводів та їх похідні, такі як глюкоза, галактоза, фруктоза, манноза, глюкозамін, рибоза та рибулоза, ксилоза, гліцерин, піруват, мевалонат, арабіноза, інозит, серед багатьох інших.

Прикладами цих поширених ферментів є гексокіназа, глюкокіназа, фосфофруктокіназа та піруваткіназа, які беруть безпосередню участь у гліколітичному шляху, який відповідає за окислення глюкози за виробництво енергії у формі АТФ.

EC 2.7.2: ферменти фосфотрансферази, що мають карбоксильну групу як акцептор фосфатної групи

У межах цього класу ферментів кінази або фосфотрансферази є ферменти, які переносять фосфатні групи на частини молекул з карбоксильними групами, такі як ацетат, карбамат, аспартат, фосфогліцерат, серед інших.

EC 2.7.3:

Метаболічно кажучи, ця група ферментів також має велике значення, оскільки вони відповідають за перенесення фосфатних груп до молекул, таких як креатинін, аргінін, глютамін, гуанідин-ацетат тощо.

EC 2.7.4: ферменти фосфотрансферази, які мають іншу фосфатну групу як акцептор фосфатної групи

Значна частина ферментів цієї групи функціонує в регуляції утворення або гідролізу високоенергетичних сполук, таких як АТФ, ГТФ, СТП та інші, оскільки вони відповідають за додавання, видалення або обмін фосфатних груп між цими типами молекул. або його попередники.

Вони також беруть участь у перенесенні фосфатних груп до інших раніше фосфорильованих молекул, які можуть мати ліпідний характер, вуглеводи або їх похідні.

Прикладами цих важливих ферментів є аденілаткіназа, нуклеозидна фосфаткіназа, нуклеозидтрифосфат-аденилат-кіназа, кіназа UMP / CMP та фарнезилфосфатна кіназа тощо.

EC 2.7.6: ферменти дифосфотрансферази

Дифосфотрансферази каталізують перенесення двох фосфатних груп одночасно до одного субстрату. Прикладами цих ферментів є фосфат-дифосфокіназа рибози, тіаміндифосфокіназа та дифосфокіназа GTP, яка є важливим ферментом у метаболізмі пуринів.

EC 2.7.7: нуклеотидні специфічні фосфотрансферази (нуклеотиди фосфотрансферази) ферменти

Нуклеотидилфосфотрансферази беруть участь у багатьох клітинних процесах, що беруть участь в активації та інактивації інших білків та ферментів, а також у деяких механізмах відновлення ДНК.

Його функція полягає в передачі нуклеотидів, як правило, монофосфатних нуклеотидів різних азотистих основ. До цього класу ферментів належать полімерази ДНК та РНК (залежні як від ДНК, так і від РНК), 1-фосфат уридилтрансфераза UDP-глюкози та ін.

EC 2.7.8: ферменти, що передають фосфатні групи із замінами

Цей клас має значні функції в шляхах обміну ліпідів, особливо в їх синтезі. Вони відповідають за перенесення фосфорильованих молекул (фосфатних груп із замінами) до інших «акцепторних» молекул.

Прикладами цієї групи ферментів є етаноламінфосфотрансфераза, діацилгліцерол холінова фосфотрансфераза, сфінгомієлінова синтаза тощо.

EC 2.7.9: ферменти фосфотрансферази з парними рецепторами

Ці ферменти використовують один донор фосфатної групи (АТФ або споріднений) для фосфорилювання двох різних молекул акцепторів. Прикладами цих ферментів є піруватфосфатна дикіназа (PPDK) та фосфоглікан водна дикіназа.

Фосфотрансферази, які фосфорилюють амінокислотні залишки різних типів білків

EC 2.7.10: протеїнові тирозинкінази

Білково-тирозинкінази - це ферменти, які каталізують перенесення фосфатних груп конкретно до залишків тирозину в поліпептидних ланцюгах різних типів білкових акцепторів.

EC 2.7.11: білково-серинові / треонін-кінази

Як і білкові тирозинкінази, ця група ферментів каталізує перенесення фосфатних груп до залишків серину або треоніну в інших білках.

Відомий приклад цих білків - сімейство білкових кіназ С, які беруть участь у декількох шляхах, але особливо в ліпідному обміні.

У цю групу також включено багато циклічних АМФ та циклічних GMP-залежних білкових кіназ, що мають важливе значення для диференціації, росту та зв'язку клітин.

EC 2.7.12: кінази є подвійними специфічними (вони можуть діяти як на залишки серину / треоніну, так і на тирозин)

Кінази, активовані мітогену протеїнкінази (МАПКК), є частиною цієї групи ферментів, які здатні чітко фосфорилювати серинові, треонінові або тирозинові залишки інших білкових кіназ.

Білково-гістидинкінази (EC 2.7.13) та білка-аргінінкінази (EC 2.7.14)

Існують і інші білкові кінази, здатні переносити фосфатні групи до залишків гістидину та аргініну в деяких типах білків, і це білково-гістидинакінази та білково-аргінінакінази.

Інші форми класифікації

На думку різних авторів, кінази можна краще класифікувати за типом субстрату, який вони використовують як акцептор фосфатної групи.

Інші вважають, що найкращий спосіб класифікації цих ферментів - це за будовою та характеристиками їх активного сайту, тобто за конформацією та наявністю в ньому іонів чи певних молекул.

Залежно від типу субстрату кінази можна класифікувати як білкові кінази (які фосфорилюють інші білки), ліпідкінази (які фосфорилюють ліпіди), вуглеводні кінази (які фосфорилюють різні види вуглеводів), нуклеозидні фосфорилази (які фосфорилюють нуклеозиди) тощо.

Особливості

Ферменти кіназної групи є по всій природі, і одна клітина може приймати сотні різних типів, каталізуючи реакції на декількох клітинних шляхах.

Його функції можуть бути дуже різноманітними:

- Вони беруть участь у безлічі клітинних процесів сигналізації та зв'язку, особливо білкових кіназ, які каталізують послідовне фосфорилювання інших протеїнкіназ (каскади фосфорилювання) у відповідь на внутрішні та зовнішні подразники.

- Деякі з цих білків з ферментативною активністю мають центральні функції в обміні вуглеводів, ліпідів, нуклеотидів, вітамінів, кофакторів та амінокислот. Наприклад, ніщо інше в гліколізі включає щонайменше 4 кінази: гексокіназу, фосфофруктокіназу, фосфогліцерат кіназу та піруваткіназу.

-Із сигнальних функцій кінази беруть участь у процесах регуляції експресії генів, у скороченні м’язів та стійкості до антибіотиків у різних типах живих організмів.

-Протеїно-тирозинкінази виконують функції регуляції багатьох шляхів трансдукції сигналу, які пов'язані з розвитком і зв’язком у багатоклітинних метазоях.

-Модифікація білків фосфорилюванням (в інших клітинних контекстах, крім клітинної сигналізації) є важливим елементом регуляції активності великої кількості ферментів, які беруть участь у різних обмінних процесах. Такий приклад регуляції клітинного циклу багатьма циназозалежними білками цикліну.

-Кінази, здатні фосфорилювати ліпіди, мають важливе значення для процесів ремоделювання клітинних мембран, а також для синтезу та утворення нових мембран.

Список літератури

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Класифікація послідовності та структури кіназ. Журнал молекулярної біології, 2836 (02), 855–881.
2. Купер, Дж. (2018). Енциклопедія Британіка. Отримано з britannica.com
3. Да Сільва, Г. (2012). Просування в білкових кіназах. Рієка, Хорватія: InTech Open.
4. Кребс, Е. (1983). Історичні перспективи фосфорилювання білка та система класифікації білкових кіназ. Філ. Транс. Р. Сок. Лонд. Б, 302, 3-11.
5. Кребс, Е. (1985). Фосфорилювання білків: головний механізм біологічної регуляції. Біохімічне товариство, операції, 13, 813–820.
6. Комітет з номенклатури Міжнародного союзу біохімії та молекулярної біології (NC-IUBMB). (2019). Отримано з qmul.ac.uk