КИНАЗЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДЫ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Киназы или киназы представляют собой белки с ферментативной активностью, которые ответственны за катализирующий перенос фосфатной группы (PO4-3) для различных типов молекул. Это чрезвычайно распространенные ферменты в природе, где они выполняют трансцендентные функции для живых организмов: они участвуют в метаболизме, передаче сигналов, а также в клеточной коммуникации.

Благодаря большому количеству процессов, в которых они выполняют множество функций, киназы являются одним из наиболее изученных типов белков не только на биохимическом, но и на структурном, генетическом и клеточном уровнях.

Домены структуры фермента пируваткиназы (PYK) гликолитического фермента (Источник: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) через Wikimedia Commons)

Было определено, что в геноме человека имеется не менее 500 генов, кодирующих ферменты, принадлежащие к группе киназ, чьи «акцепторные» субстраты для фосфатных групп могут быть углеводами, липидами, нуклеозидами, белками и другими типами органических молекул.

Эти ферменты относятся к группе фосфотрансфераз (EC 2.7) и обычно используются в качестве «донорных» молекул фосфатных групп для высокоэнергетических соединений, таких как АТФ, ГТФ, ЦТФ и других родственных.

характеристики

Термин «киназа», как уже отмечалось, обычно относится ко всем ферментам, которые ответственны за перенос концевой фосфатной группы АТФ к другому рецептору или «акцепторной» молекуле фосфатной группы.

Несмотря на то, что эти ферменты катализируют, по существу, одну и ту же реакцию переноса фосфорильной группы, среди них существует большое разнообразие не только с точки зрения структуры, но также и по специфичности субстратов и клеточных путей, в которых они участвуют.

Как правило, его структура состоит из β-складчатых листов и α-спиралей, которые сворачиваются специально для образования активного центра, и указанный активный центр обычно содержит положительно заряженные ионы (катионы), которые стабилизируют отрицательные заряды фосфатных групп, которые они переносят.

В активном центре или рядом с ним есть два сайта связывания для субстратов: один для АТФ или молекулы донора фосфатной группы, а другой - для фосфорилируемого субстрата.

Общую реакцию этих ферментов (фосфорилирование) можно рассматривать следующим образом:

АТФ + субстрат → АДФ + фосфорилированный субстрат

Где АТФ отдает фосфатную группу, которую получает субстрат.

Типы

Согласно классификации Номенклатурного комитета Международного союза биохимии и молекулярной биологии (NC-IUBMB), киназы находятся в группе фосфотрансфераз (EC. 2.7, ферменты, переносящие фосфорсодержащие группы), которая подразделяется на: в свою очередь, примерно в 14 классах (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Принципиальные различия между этими 14 классами фосфотрансфераз связаны с химической природой «акцепторной» молекулы фосфатной группы, которую они переносят (или природой части молекулы, которая получает фосфатную группу).

В эту категорию (ферменты фосфотрансферазы) также входят некоторые ферменты, которые переносят фосфатные группы, но не используют молекулы АТФ в качестве «донора», а вместо этого используют неорганические фосфаты.

В общих чертах эти классы описываются следующим образом:

EC 2.7.1: Ферменты фосфотрансферазы, содержащие спирт в качестве акцептора фосфатной группы.

Это одна из наиболее важных групп для энергетического метаболизма многих организмов, поскольку она содержит ферменты, ответственные за фосфорилирование углеводов и их производных, таких как глюкоза, галактоза, фруктоза, манноза, глюкозамин, рибоза и рибулоза, ксилоза, глицерин, пируват, мевалонат, арабиноза, инозит и многие другие.

Примерами этих распространенных ферментов являются гексокиназа, глюкокиназа, фосфофруктокиназа и пируваткиназа, которые непосредственно участвуют в гликолитическом пути, который отвечает за окисление глюкозы для выработки энергии в форме АТФ.

EC 2.7.2: ферменты фосфотрансферазы, имеющие карбоксильную группу в качестве акцептора фосфатной группы.

К этому классу ферментов киназ или фосфотрансфераз относятся ферменты, которые переносят фосфатные группы на части молекул с карбоксильными группами, такие как ацетат, карбамат, аспартат, фосфоглицерат и другие.

EC 2.7.3:

С точки зрения метаболизма, эта группа ферментов также имеет большое значение, поскольку они отвечают за перенос фосфатных групп на такие молекулы, как креатинин, аргинин, глутамин, гуанидин-ацетат и т. Д.

EC 2.7.4: ферменты фосфотрансферазы, которые имеют другую фосфатную группу в качестве акцептора фосфатной группы.

Большая часть ферментов этой группы участвует в регулировании образования или гидролиза высокоэнергетических соединений, таких как АТФ, ГТФ, ЦТФ и других, поскольку они отвечают за добавление, удаление или обмен фосфатных групп между этими типами молекул. или его предшественники.

Они также участвуют в переносе фосфатных групп на другие ранее фосфорилированные молекулы, которые могут быть липидными по природе, углеводами или их производными.

Примерами этих важных ферментов являются аденилаткиназа, нуклеозидфосфаткиназа, нуклеозидтрифосфатаденилаткиназа, UMP / CMP киназа, фарнезилфосфаткиназа и т. Д.

EC 2.7.6: ферменты дифосфотрансферазы

Дифосфотрансферазы катализируют перенос двух фосфатных групп одновременно на один и тот же субстрат. Примерами этих ферментов являются рибозофосфатдифосфокиназа, тиаминдифосфокиназа и GTP-дифосфокиназа, которая является важным ферментом метаболизма пуринов.

EC 2.7.7: нуклеотид-специфические ферменты фосфотрансферазы (нуклеотидилфосфотрансферазы).

Нуклеотидилфосфотрансферазы участвуют во многих клеточных процессах, участвующих в активации и инактивации других белков и ферментов, а также в некоторых механизмах репарации ДНК.

Его функция заключается в переносе нуклеотидов, обычно монофосфатных нуклеотидов различных азотистых оснований. К этому классу ферментов относятся ДНК- и РНК-полимеразы (как ДНК-, так и РНК-зависимые), UDP-глюкозо-1-фосфат-уридилтрансфераза и другие.

EC 2.7.8: ферменты, переносящие фосфатные группы с заменами

Этот класс играет важную роль в путях метаболизма липидов, особенно в их синтезе. Они несут ответственность за перенос фосфорилированных молекул (фосфатных групп с замещениями) на другие «акцепторные» молекулы.

Примерами этой группы ферментов являются этаноламинфосфотрансфераза, диацилглицеринхолинфосфотрансфераза, сфингомиелинсинтаза и др.

EC 2.7.9: ферменты фосфотрансферазы с парными рецепторами

Эти ферменты используют один донор фосфатной группы (АТФ или родственный) для фосфорилирования двух разных молекул акцептора. Примерами этих ферментов являются пируватфосфатдикиназа (PPDK) и фосфогликановодикиназа.

Фосфотрансферазы, фосфорилирующие аминокислотные остатки различных типов белков.

EC 2.7.10: протеинтирозинкиназы

Протеин-тирозинкиназы - это ферменты, которые катализируют перенос фосфатных групп, в частности, на остатки тирозина в полипептидных цепях различных типов акцепторов белка.

EC 2.7.11: протеин-серин / треонинкиназы.

Как и протеинтирозинкиназы, эта группа ферментов катализирует перенос фосфатных групп на остатки серина или треонина в других белках.

Известным примером этих белков является семейство протеинкиназ С, которые участвуют во многих путях, но особенно в метаболизме липидов.

В эту группу также входят многие циклические AMP и циклические GMP-зависимые протеинкиназы, имеющие важное значение для дифференцировки, роста и коммуникации клеток.

EC 2.7.12: киназы обладают двойной специфичностью (они могут действовать как на остатки серина / треонина, так и на остатки тирозина)

Активированные митогеном протеинкиназы-киназы (MAPKK) являются частью этой группы ферментов, которые способны нечетко фосфорилировать сериновые, треониновые или тирозиновые остатки других протеинкиназ.

Протеин-гистидинкиназы (EC 2.7.13) и протеин-аргининкиназы (EC 2.7.14)

Существуют и другие протеинкиназы, способные переносить фосфатные группы на остатки гистидина и аргинина в некоторых типах белков, и это протеин-гистидинкиназы и протеин-аргининкиназы.

Другие формы классификации

По мнению разных авторов, киназы можно лучше классифицировать по типу субстрата, который они используют в качестве акцептора фосфатной группы.

Другие считают, что лучший способ классифицировать эти ферменты - по структуре и характеристикам их активного центра, то есть по конформации и присутствию в нем ионов или определенных молекул.

В зависимости от типа субстрата киназы можно разделить на протеинкиназы (которые фосфорилируют другие белки), липидкиназы (которые фосфорилируют липиды), углеводкиназы (которые фосфорилируют различные типы углеводов), нуклеозидфосфорилазы (которые фосфорилируют нуклеозиды) и т. Д.

Характеристики

Ферменты киназной группы вездесущи в природе, и одна клетка может принимать сотни различных типов, катализируя реакции на множестве клеточных путей.

Его функции могут быть самыми разнообразными:

-Они участвуют во множестве клеточных сигнальных и коммуникационных процессов, особенно протеинкиназ, которые катализируют последовательное фосфорилирование других протеинкиназ (каскады фосфорилирования) в ответ на внутренние и внешние раздражители.

-Некоторые из этих белков с ферментативной активностью выполняют центральные функции в метаболизме углеводов, липидов, нуклеотидов, витаминов, кофакторов и аминокислот. Например, ничто другое в гликолизе не включает по крайней мере 4 киназы: гексокиназу, фосфофруктокиназу, фосфоглицераткиназу и пируваткиназу.

-Среди сигнальных функций киназы участвуют в процессах регуляции экспрессии генов, сокращении мышц и устойчивости к антибиотикам у различных типов живых организмов.

-Протеин-тирозинкиназы выполняют функции в регуляции многих путей передачи сигналов, которые связаны с развитием и коммуникацией у многоклеточных многоклеточных животных.

-Модификация белков путем фосфорилирования (в других клеточных контекстах, отличных от клеточной передачи сигналов) является важным элементом в регулировании активности большого количества ферментов, которые участвуют в различных метаболических процессах. Таков пример регуляции клеточного цикла многими киназозависимыми циклиновыми белками.

-Киназы, способные фосфорилировать липиды, необходимы для процессов ремоделирования клеточных мембран, а также для синтеза и образования новых мембран.

Ссылки

1. Чик, С., Чжан, Х., и Гришин, Н.В. (2002). Последовательность и структурная классификация киназ. Журнал молекулярной биологии, 2836 (02), 855–881.
2. Купер, Дж. (2018). Британская энциклопедия. Получено с britannica.com
3. Да Силва, Г. (2012). Достижения в протеинкиназах. Риека, Хорватия: InTech Open.
4. Кребс, Э. (1983). Исторические перспективы фосфорилирования белков и система классификации протеинкиназ. Фил. Сделка R. Soc., Lond. В, 302, 3-11.
5. Кребс, Э. (1985). Фосфорилирование белков: основной механизм биологической регуляции. Труды Биохимического Общества, 13, 813–820.
6. Номенклатурный комитет Международного союза биохимии и молекулярной биологии (NC-IUBMB). (2019). Получено с qmul.ac.uk