KINAZE: KARAKTERISTIKE, VRSTE, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Kinaza ili kinaza su proteini s enzimatskom aktivnošću koji su odgovorni za katalizirati prijenos fosfatnih skupina (PO4-3) za različite vrste molekula. Izuzetno su česti enzimi u prirodi, gdje vrše transcendentalne funkcije živih organizama: sudjeluju u metabolizmu, u signalizaciji i također u staničnoj komunikaciji.

Zahvaljujući velikom broju postupaka u kojima ispunjavaju više funkcija, kinaze su jedna od najgledanijih vrsta proteina, ne samo na biokemijskoj razini, već i na strukturalnoj, genetskoj i staničnoj razini.

Domene strukture enzima Pyruvate kinase (PYK) glikolitički enzim (Izvor: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) putem Wikimedia Commons)

Utvrđeno je da ljudski genom ima najmanje 500 gena koji kodiraju enzime iz skupine kinaza, čiji "akceptorski" supstrati za fosfatne skupine mogu biti ugljikohidrati, lipidi, nukleozidi, proteini i druge vrste organskih molekula.

Ti se enzimi razvrstavaju u skupinu fosfotransferaza (EC 2.7), a obično se koriste kao "donorski" molekuli fosfatnih skupina do visokoenergetskih spojeva poput ATP, GTP, CTP i drugih srodnih.

karakteristike

Izraz "kinaza", kako je komentirano, obično se odnosi na sve enzime koji su odgovorni za prijenos terminalne fosfatne skupine ATP u drugu molekulu receptora ili "akceptora" fosfatne skupine.

Unatoč činjenici da ovi enzimi kataliziraju u osnovi istu reakciju prijenosa fosforilne skupine, postoji velika raznolikost među njima, ne samo u smislu strukture, već i u specifičnosti supstrata i staničnih putova u kojima sudjeluju.

Općenito, njegova struktura sastoji se od β presavijenih listova i α-helikonata koji se posebno savijaju kako bi tvorili aktivno mjesto, a navedeno aktivno mjesto obično sadrži pozitivno nabijene ione (katione) koji stabiliziraju negativne naboje fosfatnih skupina koje prenose.

Na aktivnom mjestu ili u blizini postoje dva mjesta vezivanja supstrata: jedno za ATP ili molekulu davatelja fosfatne skupine i jedno za fosforilirani supstrat.

Opća reakcija ovih enzima (fosforilacija) može se promatrati na sljedeći način:

ATP + supstrat → ADP + fosforilirani supstrat

Tamo gdje ATP donira fosfatnu skupinu koju supstrat dobija.

vrste

Prema klasifikaciji Odbora za nomenklaturu Međunarodne unije za biokemiju i molekularnu biologiju (NC-IUBMB), kinaze se nalaze u skupini fosfotransferaza (EC. 2.7, enzimi koji prenose skupine koje sadrže fosfor), a koja je podijeljena, zauzvrat, u oko 14 razreda (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Temeljne razlike između tih 14 klasa fosfotransferaza odnose se na kemijsku prirodu "akceptorske" molekule fosfatne skupine koju prenose (ili prirodu dijela molekule koji prima fosfatnu skupinu).

Unutar ove kategorije (enzimi fosfotransferaze) postoje i neki enzimi koji prenose fosfatne skupine, ali ne koriste ATP molekule kao "donora", već umjesto toga koriste anorganske fosfate.

Općenito se opisuju sljedeće klase:

EC 2.7.1: Enzimi fosfotransferaze koji kao alkohol prihvaćaju alkohol

Ovo je jedna od najvažnijih skupina za energetski metabolizam mnogih organizama, jer sadrži enzime odgovorne za fosforilaciju ugljikohidrata i njihove derivate, poput glukoze, galaktoze, fruktoze, manoze, glukozamina, riboze i ribuloze, ksiloze, glicerola, piruvat, mevalonat, arabinoza, inozitol, među mnogim drugima.

Primjeri ovih uobičajenih enzima su hekokinaza, glukokinaza, foshofruktokinaza i piruvat kinaza, koji su izravno uključeni u glikolitički put koji je odgovoran za oksidaciju glukoze za proizvodnju energije u obliku ATP-a.

EC 2.7.2: enzimi fosfotransferaze koji imaju karboksilnu skupinu kao akceptor fosfatne skupine

Unutar ove klase enzima kinaze ili fosfotransferaze su enzimi koji prenose fosfatne skupine u dijelove molekula s karboksilnim skupinama, poput acetata, karbamata, aspartata, fosfoglicerata, između ostalih.

EC 2.7.3:

Metabolički gledano, ova skupina enzima također je od velike važnosti, jer su oni odgovorni za prijenos fosfatnih skupina u molekule poput kreatinina, arginina, glutamina, gvanidina-acetata itd.

EC 2.7.4: enzimi fosfotransferaze koji imaju drugu fosfatnu skupinu kao akceptor fosfatne skupine

Veliki dio enzima ove skupine djeluje u regulaciji stvaranja ili hidrolize visokoenergetskih spojeva kao što su ATP, GTP, CTP i drugi, budući da su oni odgovorni za dodavanje, uklanjanje ili razmjenu fosfatnih skupina između ovih vrsta molekula. ili njegovih prethodnika.

Također sudjeluju u prenošenju fosfatnih skupina na ostale prethodno fosforilirane molekule, koje u prirodi mogu biti lipidi, ugljikohidrati ili njihovi derivati.

Primjeri ovih važnih enzima su adenilat kinaza, nukleozid fosfat kinaza, nukleozid trifosfat adenilat kinaza, UMP / CMP kinaza i farnezil fosfat kinaza, itd.

EC 2.7.6: enzimi difosfotransferaze

Difosfotransferaze kataliziraju prijenos dvije fosfatne skupine istovremeno na isti supstrat. Primjeri ovih enzima su riboza fosfatna difosfokinaza, tiamin difosfokinaza i GTP difosfokinaza, koji je važan enzim u metabolizmu purina.

EC 2.7.7: fosfotransferaze specifične za nukleotide (nukleotidil fosfotransferaze) enzimi

Nukleotidil fosfotransferaze sudjeluju u mnogim staničnim procesima koji su uključeni u aktivaciju i inaktivaciju drugih proteina i enzima, kao i u nekim mehanizmima obnove DNK.

Njegova funkcija je prenošenje nukleotida, općenito monofosfatnih nukleotida različitih dušičnih baza. U ovu se klasu enzima nalaze DNK i RNA polimeraze (ovisno o DNK i RNA), UDP-glukoza 1-fosfat uridiltransferaza, između ostalih.

EC 2.7.8: enzimi koji prenose fosfatne skupine sa supstitucijama

Ova klasa ima značajne funkcije u putovima metabolizma lipida, posebno u njihovoj sintezi. Oni su odgovorni za prijenos fosforiliranih molekula (fosfatne skupine sa supstitucijama) u druge "akceptorske" molekule.

Primjeri ove skupine enzima su etanolamin fosfotransferaza, diacilglicerol holin fosfotransferaza, sfingomijelin sintaza, itd.

EC 2.7.9: enzimi fosfotransferaze s uparenim receptorima

Ovi enzimi koriste jednog davatelja fosfatne skupine (ATP ili srodni) da fosforiliraju dvije različite akceptorske molekule. Primjeri ovih enzima su piruvat fosfat-dikinaza (PPDK) i fosfoglikanska vodena dikinaza.

Fosfotransferaze koje fosforiliraju aminokiselinske ostatke različitih vrsta proteina

EC 2.7.10: proteinske tirozin kinaze

Protein-tirozin kinaze su enzimi koji kataliziraju prijenos fosfatnih skupina specifično na ostatke tirozina u polipeptidnim lancima različitih vrsta proteinskih receptora.

EC 2.7.11: protein-serin / treonin kinaze

Kao što to čine proteinske tirozin kinaze, ova skupina enzima katalizira prijenos fosfatnih skupina na ostatke serina ili treonina u drugim proteinima.

Poznati primjer ovih proteina je obitelj protein kinaza C, koji sudjeluju na više putova, ali posebno u metabolizmu lipida.

U ovu su skupinu također uključene mnoge cikličke AMP i cikličke GMP ovisne proteinske kinaze, koje imaju važne posljedice na staničnu diferencijaciju, rast i komunikaciju.

EC 2.7.12: kinaze su dvostruko specifične (mogu djelovati na ostatke serina / treonina i tirozina)

Kinaze proteina kinaza aktivirane mitogenom (MAPKK) dio su ove skupine enzima koji su u mogućnosti izmjenjivati ​​ostatke serina, treonina ili tirozina u drugim proteinskim kinazama.

Protein-histidin kinaze (EC 2.7.13) i protein-arginin kinaze (EC 2.7.14)

Postoje i druge proteinske kinaze koje mogu prenijeti fosfatne skupine na histidinske i argininske ostatke u nekim vrstama proteina, a to su protein-histidin kinaze i protein-arginin kinaze.

Drugi oblici klasifikacije

Prema različitim autorima, kinaze se mogu bolje klasificirati prema vrsti supstrata koji koriste kao akceptor fosfatne skupine.

Drugi smatraju da je najbolji način za klasifikaciju ovih enzima prema strukturi i karakteristikama njihova aktivnog mjesta, odnosno prema konformaciji i prisutnosti iona ili određenih molekula u njemu.

Ovisno o vrsti supstrata, kinaze se mogu svrstati u proteinske kinaze (koje fosforiliraju ostale proteine), lipidne kinaze (koje fosforiliraju lipide), ugljikohidratne kinaze (koje fosforiliraju različite vrste ugljikohidrata), nukleozidne fosforilaze (koje fosforiliraju nukleozide) itd.

Značajke

Enzimi grupe kinaza su prirode sveprisutne i jedna stanica može ugostiti stotine različitih vrsta katalizirajući reakcije na više staničnih putova.

Njegove funkcije mogu biti vrlo raznolike:

- Sudjeluju u više ćelijskih procesa signalizacije i komunikacije, posebno protein kinaza koje kataliziraju uzastopnu fosforilaciju drugih protein kinaza (fosforilacijske kaskade) kao odgovor na unutarnje i vanjske podražaje.

-Neki od ovih proteina s enzimatskim djelovanjem imaju središnje funkcije u metabolizmu ugljikohidrata, lipida, nukleotida, vitamina, kofaktora i aminokiselina. Na primjer, ništa drugo u glikolizi uključuje najmanje 4 kinaze: heksokinazu, foshofruktokinazu, fosfoglicerat kinazu i piruvat kinazu.

- Među signalnim funkcijama, kinaze su uključene u procese regulacije ekspresije gena, u kontrakciji mišića i u otpornosti na antibiotike u različitim vrstama živih organizama.

-Protein-tirozin kinaze imaju funkciju u regulaciji mnogih putova transdukcije signala koji su povezani s razvojem i komunikacijom u višećelijskim metazoama.

- Modifikacija proteina fosforilacijom (u drugim staničnim kontekstima, osim stanične signalizacije) važan je element u regulaciji aktivnosti velikog broja enzima koji sudjeluju u različitim metaboličkim procesima. Takav je primjer regulacije staničnog ciklusa od strane mnogih ciklinskih proteina ovisnih o kinazi.

-Kinaze sposobne fosforiliranja lipida neophodne su za procese remodeliranja staničnih membrana, kao i za sintezu i stvaranje novih membrana.

Reference

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Klasifikacija redoslijeda i strukture kinaza. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. Cooper, J. (2018). Encyclopaedia Britannica. Preuzeto s britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Napredak u proteinskim kinazama. Rijeka, Hrvatska: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Povijesne perspektive fosforilacije proteina i sustav klasifikacije proteinskih kinaza. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). Fosforilacija proteina: glavni mehanizam biološke regulacije. Transakcije biokemijskog društva, 13, 813–820.
6. Odbor za nomenklaturu Međunarodne unije za biokemiju i molekularnu biologiju (NC-IUBMB). (2019). Preuzeto s qmul.ac.uk