KINAZE: CARACTERISTICI, TIPURI, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Kinaza sau kinaze sunt proteine cu activitate enzimatică care sunt responsabile pentru catalizarea transferul grupărilor fosfat (PO4-3) la diferite tipuri de molecule. Sunt enzime extrem de frecvente în natură, unde îndeplinesc funcții transcendentale pentru organismele vii: participă la metabolism, la semnalizare și, de asemenea, în comunicarea celulară.

Datorită numărului mare de procese în care îndeplinesc multiple funcții, kinazele sunt unul dintre cele mai studiate tipuri de proteine, nu numai la nivel biochimic, ci și la nivel structural, genetic și celular.

Domenii ale structurii enzimei piruvat kinază (PYK) o enzimă glicolitică (Sursa: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) prin Wikimedia Commons)

S-a stabilit că genomul uman are cel puțin 500 de gene care codifică enzimele aparținând grupului kinazelor, al căror substrat "acceptor" pentru grupările fosfat poate fi carbohidrați, lipide, nucleozide, proteine ​​și alte tipuri de molecule organice.

Aceste enzime sunt clasificate în grupul fosfotransferazelor (CE 2.7) și, de obicei, se folosesc ca molecule „donatoare” ale grupărilor de fosfați pentru compuși cu energie mare, cum ar fi ATP, GTP, CTP și alții înrudiți.

caracteristici

Termenul "kinază", după cum s-a comentat, se referă în mod uzual la toate enzimele care sunt responsabile pentru transferul grupării fosfat terminale de ATP către un alt receptor sau moleculă "acceptantă" a grupării fosfat.

În ciuda faptului că aceste enzime catalizează în esență aceeași reacție de transfer a grupului fosforil, există o mare diversitate între ele, nu numai din punct de vedere al structurii, ci și în specificul substratelor și căilor celulare la care participă.

În general, structura sa este alcătuită din foi pliate β și elice α care se pliază special pentru a forma situl activ, iar respectivul sit activ conține de obicei ioni (cationi) încărcați pozitiv, care stabilizează sarcinile negative ale grupărilor fosfat pe care le transferă.

La sau aproape de situsul activ există două situsuri de legare pentru substraturi: unul pentru ATP sau molecula donatoare a grupei fosfați și unul pentru fosforilarea substratului.

Reacția generală a acestor enzime (fosforilare) poate fi privită astfel:

ATP + Substrat → ADP + Substrat fosforilat

În cazul în care ATP donează grupul de fosfați care câștigă substratul.

Tipuri

Conform clasificării Comitetului Nomenclaturii din Uniunea Internațională de Biochimie și Biologie Moleculară (NC-IUBMB), kinazele se găsesc în grupul fosfotransferazelor (EC. 2.7, enzime care transferă grupuri care conțin fosfor), care este subdivizată, la rândul său, în aproximativ 14 clase (CE 2.7.1 - CE 2.7.14).

Diferențele fundamentale dintre aceste 14 clase de fosfotransferaze se referă la natura chimică a moleculei „acceptante” din grupa fosfați pe care o transferă (sau natura porțiunii moleculei care primește gruparea fosfaților).

În cadrul acestei categorii (enzimele fosfotransferazei) există, de asemenea, unele enzime care transferă grupări de fosfați, dar nu folosesc molecule de ATP ca „donator”, ci folosesc în schimb fosfați anorganici.

În linii mari, aceste clase sunt descrise astfel:

CE 2.7.1: enzime fosfotransferazei având un alcool ca acceptor al grupării fosfat

Aceasta este una dintre cele mai importante grupuri pentru metabolismul energetic al multor organisme, deoarece conține enzimele responsabile pentru fosforilarea carbohidraților și a derivaților acestora, cum ar fi glucoza, galactoza, fructoza, manoza, glucozamina, riboza și ribuloza, xiloza, glicerolul, piruvat, mevalonat, arabinoză, inozitol, printre multe altele.

Exemple de aceste enzime comune sunt hexokinaza, glucokinaza, fosfofructokinaza și piruvatul kinazei, care sunt direct implicați în calea glicolitică care este responsabilă de oxidarea glucozei pentru producerea de energie sub formă de ATP.

EC 2.7.2: enzime fosfotransferazei având o grupare carboxil ca acceptor al grupării fosfat

În cadrul acestei clase de enzime kinase sau fosfotransferază sunt enzimele care transferă grupările fosfat în porțiuni de molecule cu grupări carboxilice, cum ar fi acetatul, carbamatul, aspartatul, fosfoglicratul, printre altele.

2.7.3 CE:

Metabolic vorbind, această grupă de enzime are, de asemenea, o importanță deosebită, deoarece acestea sunt responsabile pentru transferul grupărilor fosfat către molecule precum creatinină, arginină, glutamină, guanidină-acetat etc.

CE 2.7.4: enzime fosfotransferazei care au o altă grupare fosfat ca acceptor al grupării fosfați

O mare parte din enzimele acestui grup funcționează în reglarea formării sau hidrolizei compușilor cu energie mare, cum ar fi ATP, GTP, CTP și alții, deoarece sunt responsabili de adăugarea, îndepărtarea sau schimbul grupărilor fosfat între aceste tipuri de molecule. sau precursorii acesteia.

De asemenea, participă la transferul grupărilor fosfat către alte molecule fosforilate anterior, care pot fi lipide în natură, carbohidrați sau derivați ai acestora.

Exemple de aceste enzime importante sunt adenilat kinază, nucleozid fosfat kinază, nucleozid trifosfat adenilat kinază, UMP / CMP kinază și farnesil fosfat kinază etc.

EC 2.7.6: enzime difosfotransferază

Diposfotransferazele catalizează transferul a două grupări fosfat simultan în același substrat. Exemple de aceste enzime sunt ribosfosfosfinaza, tiamină difosfinazaza și GTP difosfocinaza, care este o enzimă importantă în metabolismul purinelor.

CE 2.7.7: enzime ale fosfotransferazelor specifice nucleotidelor (nucleotidil fosfotransferazelor)

Nucleotidil fosfotransferazele participă la multe procese celulare implicate în activarea și inactivarea altor proteine ​​și enzime, precum și în unele mecanisme de reparare a ADN-ului.

Funcția sa este de a transfera nucleotide, în general nucleotide monofosfat de diferite baze azotate. În această clasă de enzime sunt ADN-ul și ARN-polimerazele (atât ADN-ul cât și ARN-ul), UDP-glucoza 1-fosfat uridiltransferaza, printre altele.

CE 2.7.8: enzime care transferă grupări de fosfați cu substituții

Această clasă are funcții semnificative în căile de metabolizare a lipidelor, în special sinteza lor. Sunt responsabili pentru transferul moleculelor fosforilate (grupări fosfat cu substituții) către alte molecule „acceptante”.

Exemple de acest grup de enzime sunt etanolamina fosfotransferază, diacilglicerol colină fosfotransferază, sfingomielină sintază etc.

EC 2.7.9: enzime fosfotransferază cu receptori perechi

Aceste enzime utilizează un singur donator al grupului de fosfați (ATP sau înrudit) pentru a fosforila două molecule de acceptare diferite. Exemple de aceste enzime sunt fosfat dikaza piruvat (PPDK) și dikinază de apă fosfoglican.

Fosfotransferazele care reziduurile de aminoacizi fosforilați ale diferitelor tipuri de proteine

EC 2.7.10: proteina tirozin kinazei

Protein-tirozin kinazele sunt enzime care catalizează transferul grupărilor fosfat în mod special la reziduurile de tirozină în lanțurile polipeptidice de diferite tipuri de acceptoare de proteine.

EC 2.7.11: proteină-serină / treonină kinazei

Așa cum face proteina tirozin kinazele, acest grup de enzime catalizează transferul grupărilor fosfat către resturile de serină sau treonină din alte proteine.

Un exemplu cunoscut al acestor proteine ​​este familia proteinelor kinazelor C, care participă pe căi multiple, dar mai ales în metabolismul lipidelor.

De asemenea, sunt incluse în acest grup multe AMP ciclice și proteine ​​kinazice dependente de GMP ciclic, cu implicații importante pentru diferențierea, creșterea și comunicarea celulară.

CE 2.7.12: kinazele sunt duble specifice (pot acționa atât asupra reziduurilor de serină / treonină, cât și a tirozinei)

Proteina kinaza kinazele activate mitogen (MAPKK) fac parte din acest grup de enzime care sunt capabile să indiferențeze fosforilează resturile de serină, treonină sau tirozină ale altor proteine ​​kinaze.

Protein-histidin kinazele (CE 2.7.13) și proteina-arginină kinazele (CE 2.7.14)

Există alte proteine ​​kinaze capabile să transfere grupările fosfat în resturile de histidină și arginină în unele tipuri de proteine ​​și acestea sunt proteina-histidină kinazele și proteina-arginina kinazele.

Alte forme de clasificare

Potrivit diferiților autori, kinazele pot fi mai bine clasificate în funcție de tipul de substrat pe care îl folosesc ca acceptor al grupării fosfaților.

Alții consideră că cea mai bună modalitate de clasificare a acestor enzime este în funcție de structura și caracteristicile locului lor activ, adică în conformitate cu conformația și prezența ionilor sau a anumitor molecule în ea.

În funcție de tipul de substrat, kinazele pot fi clasificate în proteine ​​kinaze (care fosforilează alte proteine), lipaze kinaze (care fosforilează lipidele), carbohidrați kinaze (care fosforilează diferite tipuri de carbohidrați), nucleozide fosforilase (care fosforilează nucleozidele) etc.

Caracteristici

Enzimele grupului kinazei sunt omniprezente în natură și o singură celulă poate găzdui sute de tipuri diferite, catalizând reacții pe mai multe căi celulare.

Funcțiile sale pot fi foarte diverse:

-Participă la multiple procese de semnalizare și comunicare celulară, în special proteine ​​kinazele, care catalizează fosforilarea consecutivă a altor proteine ​​kinaze (cascade de fosforilare) ca răspuns la stimuli interni și externi.

-Unele dintre aceste proteine ​​cu activitate enzimatică au funcții centrale în metabolismul glucidelor, lipidelor, nucleotidelor, vitaminelor, cofactorilor și aminoacizilor. De exemplu, nimic altceva în glicoliză nu implică cel puțin 4 kinaze: hexokinază, fosfofructocinază, fosfoglicerin kinază și piruvat kinază.

-Între funcțiile de semnalizare, kinazele sunt implicate în procesele de reglare a expresiei genice, în contracția musculară și în rezistența la antibiotice în diferite tipuri de organisme vii.

-Protein-tirozin kinazele au funcții în reglarea multor căi de transducție a semnalului care sunt legate de dezvoltare și comunicare în metazoanele multicelulare.

-Modificarea proteinelor prin fosforilare (în alte contexte celulare, altele decât semnalizarea celulară) este un element important în reglarea activității unui număr mare de enzime care participă la diferite procese metabolice. Acesta este exemplul reglării ciclului celular de către multe proteine ​​ciclin dependente de kinază.

-Cinazele capabile de fosforilare a lipidelor sunt esențiale pentru procesele de remodelare a membranelor celulare, precum și pentru sinteza și formarea de noi membrane.

Referințe

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Secvența și clasificarea structurii kinazelor. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. Cooper, J. (2018). Encyclopaedia Britannica. Preluat de pe britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Progrese în kinazele proteice. Rijeka, Croația: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Perspective istorice asupra fosforilării proteice și a unui sistem de clasificare pentru kinazele proteice. Fil. Trans. R. Soc. Lond. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). Fosforilarea proteinelor: un mecanism major pentru reglarea biologică. Tranzacțiile societății biochimice, 13, 813–820.
6. Comitetul Nomenclaturii Uniunii Internaționale de Biochimie și Biologie Moleculară (NC-IUBMB). (2019). Preluat de la qmul.ac.uk