KINÁZY: VLASTNOSTI, TYPY, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Kinázy nebo kinázy jsou proteiny s enzymatickou aktivitou, které jsou odpovědné za katalyzování přenos fosfátových skupin (PO4-3) do různých typů molekul. V přírodě se jedná o velmi běžné enzymy, kde vykonávají transcendentální funkce pro živé organismy: podílejí se na metabolismu, signalizaci a také na buněčné komunikaci.

Díky velkému počtu procesů, ve kterých plní více funkcí, jsou kinázy jedním z nejvíce studovaných typů proteinů, a to nejen na biochemické úrovni, ale také na strukturální, genetické a buněčné úrovni.

Domény struktury enzymu Pyruvate kinase (PYK) a glykolytického enzymu (Zdroj: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) přes Wikimedia Commons)

Bylo zjištěno, že lidský genom má alespoň 500 genů, které kódují enzymy patřící do skupiny kináz, jejichž "akceptorovými" substráty pro fosfátové skupiny mohou být uhlohydráty, lipidy, nukleosidy, proteiny a další typy organických molekul.

Tyto enzymy jsou zařazeny do skupiny fosfotransferáz (EC 2.7) a obvykle se používají jako „donorové“ molekuly fosfátových skupin k vysoce energetickým sloučeninám, jako jsou ATP, GTP, CTP a další příbuzné.

vlastnosti

Termín "kináza", jak již bylo uvedeno, se obecně týká všech enzymů, které jsou zodpovědné za přenos terminální fosfátové skupiny ATP na jiný receptor nebo "akceptorovou" molekulu fosfátové skupiny.

Navzdory skutečnosti, že tyto enzymy katalyzují v podstatě stejnou reakci přenosu fosforylové skupiny, existuje mezi nimi velká rozmanitost nejen ve struktuře, ale také ve specifičnosti substrátů a buněčných drah, kterých se účastní.

Obecně je její struktura složena z P-složených listů a a-helixů, které jsou složeny specificky pro vytvoření aktivního místa, a uvedené aktivní místo obvykle obsahuje pozitivně nabité ionty (kationty), které stabilizují negativní náboje fosfátových skupin, které přenášejí.

Na aktivním místě nebo v jeho blízkosti jsou dvě vazebná místa pro substráty: jedno pro ATP nebo donorovou molekulu fosfátové skupiny a jedno pro fosforylovaný substrát.

Obecnou reakci těchto enzymů (fosforylace) lze vidět takto:

ATP + substrát → ADP + fosforylovaný substrát

Kde ATP daruje fosfátovou skupinu, kterou substrát získá.

Typy

Podle klasifikace Výboru pro nomenklaturu Mezinárodní unie biochemie a molekulární biologie (NC-IUBMB) se kinázy nacházejí ve skupině fosfotransferáz (EC. 2.7, enzymy, které přenášejí skupiny obsahující fosfor), která je dále rozdělena, zase v asi 14 třídách (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Základní rozdíly mezi těmito 14 třídami fosfotransferáz se týkají chemické povahy "akceptorové" molekuly fosfátové skupiny, kterou přenášejí (nebo povahy části molekuly, která přijímá fosfátovou skupinu).

V této kategorii (fosfotransferázové enzymy) jsou také některé enzymy, které přenášejí fosfátové skupiny, ale nepoužívají molekuly ATP jako „dárce“, ale místo toho používají anorganické fosfáty.

Obecně jsou tyto třídy popsány takto:

EC 2.7.1: Fosfotransferázové enzymy, které mají jako akceptor fosfátové skupiny alkohol

Jedná se o jednu z nejdůležitějších skupin pro energetický metabolismus mnoha organismů, protože obsahuje enzymy odpovědné za fosforylaci uhlohydrátů a jejich derivátů, jako je glukóza, galaktóza, fruktóza, manóza, glukosamin, ribóza a ribulóza, xylóza, glycerol, pyruvát, mevalonát, arabinóza, inositol a další.

Příklady těchto běžných enzymů jsou hexokináza, glukokináza, fosfhofruktokináza a pyruvát kináza, které jsou přímo zapojeny do glykolytické dráhy, která je zodpovědná za oxidaci glukózy za vzniku energie ve formě ATP.

EC 2.7.2: enzymy fosfotransferázy mající karboxylovou skupinu jako akceptor fosfátové skupiny

V této třídě kinázových nebo fosfotransferázových enzymů jsou enzymy, které přenášejí fosfátové skupiny na části molekul s karboxylovými skupinami, jako je mimo jiné acetát, karbamát, aspartát, fosfoglycerát.

EC 2.7.3:

Metabolicky je tato skupina enzymů také velmi důležitá, protože jsou zodpovědné za přenos fosfátových skupin na molekuly, jako je kreatinin, arginin, glutamin, guanidin-acetát atd.

EC 2.7.4: enzymy fosfotransferázy, které mají jinou akceptorovou skupinu fosfátové skupiny

Velká část enzymů této skupiny funguje při regulaci tvorby nebo hydrolýzy sloučenin s vysokou energií, jako jsou ATP, GTP, CTP a další, protože jsou odpovědné za přidání, odstranění nebo výměnu fosfátových skupin mezi těmito typy molekul. nebo jeho prekurzory.

Podílejí se také na přenosu fosfátových skupin na jiné dříve fosforylované molekuly, které mohou být lipidové povahy, sacharidy nebo jejich deriváty.

Příklady těchto důležitých enzymů jsou adenylát kináza, nukleosid fosfát kináza, nukleosid trifosfát adenylát kináza, UMP / CMP kináza a farnesyl fosfát kináza atd.

EC 2.7.6: enzymy difosfotransferázy

Difosfotransferázy katalyzují přenos dvou fosfátových skupin současně na stejný substrát. Příklady těchto enzymů jsou ribosa fosfát difosfokináza, thiamin difosfokináza a GTP difosfokináza, což je důležitý enzym v metabolismu purinů.

EC 2.7.7: enzymy nukleotidově specifické fosfotransferázy (nukleotidylfosfotransferázy)

Nukleotidylfosfotransferázy se účastní mnoha buněčných procesů podílejících se na aktivaci a inaktivaci jiných proteinů a enzymů, jakož i na některých mechanismech opravy DNA.

Jeho funkcí je přenos nukleotidů, obvykle monofosfátových nukleotidů různých dusíkatých bází. V této třídě enzymů jsou mimo jiné DNA a RNA polymerázy (závislé na DNA i RNA), UDP-glukóza 1-fosfát uridyltransferáza.

EC 2.7.8: enzymy přenášející fosfátové skupiny se substitucemi

Tato třída má významné funkce v metabolických cestách lipidů, zejména při jejich syntéze. Jsou zodpovědné za přenos fosforylovaných molekul (fosfátové skupiny se substitucemi) na jiné "akceptorové" molekuly.

Příklady této skupiny enzymů jsou ethanolamin fosfotransferáza, diacylglycerol cholin fosfotransferáza, sfingomyelin syntáza atd.

EC 2.7.9: enzymy fosfotransferázy s párovanými receptory

Tyto enzymy používají jediného dárce fosfátové skupiny (ATP nebo příbuzného) k fosforylaci dvou různých akceptorových molekul. Příklady těchto enzymů jsou pyruvát fosfát dikináza (PPDK) a fosfoglykan vodní dikináza.

Fosfotransferázy, které fosforylují aminokyselinové zbytky různých typů proteinů

EC 2.7.10: proteinové tyrosinkinázy

Protein-tyrosinkinázy jsou enzymy, které katalyzují přenos fosfátových skupin specificky na tyrosinové zbytky v polypeptidových řetězcích různých typů proteinových akceptorů.

EC 2.7.11: protein-serin / threonin kinázy

Stejně jako proteinové tyrosinkinázy, tato skupina enzymů katalyzuje přenos fosfátových skupin na zbytky serinu nebo threoninu v jiných proteinech.

Známým příkladem těchto proteinů je rodina proteinových kináz C, které se účastní více cest, ale zejména metabolismu lipidů.

Do této skupiny je také zahrnuto mnoho cyklických AMP a cyklických GMP-dependentních proteinových kináz, které mají důležité důsledky pro buněčnou diferenciaci, růst a komunikaci.

EC 2.7.12: kinázy jsou duálně specifické (mohou působit jak na serinové / threoninové, tak na tyrosinové zbytky)

Mitogenem aktivované proteinkinázy kinázy (MAPKK) jsou součástí této skupiny enzymů, které jsou schopny indistinktivně fosforylovat zbytky serinu, threoninu nebo tyrosinu jiných proteinových kináz.

Protein-histidinové kinázy (EC 2.7.13) a protein-argininové kinázy (EC 2.7.14)

V některých typech proteinů existují jiné proteinové kinázy schopné přenášet fosfátové skupiny na histidinové a argininové zbytky, a to jsou protein-histidinové kinázy a protein-argininové kinázy.

Jiné formy klasifikace

Podle různých autorů mohou být kinázy lépe klasifikovány podle typu substrátu, který používají jako akceptor fosfátových skupin.

Jiní se domnívají, že nejlepší způsob, jak tyto enzymy klasifikovat, je podle struktury a charakteristik jejich aktivního místa, tj. Podle konformace a přítomnosti iontů nebo určitých molekul v něm.

V závislosti na typu substrátu mohou být kinázy klasifikovány jako proteinové kinázy (které fosforylují jiné proteiny), lipidové kinázy (které fosforylují lipidy), uhlovodíkové kinázy (které fosforylují různé typy sacharidů), nukleosidové fosforylázy (které fosforylují nukleosidy) atd.

Funkce

Enzymy kinázových skupin mají všudypřítomnou povahu a jediná buňka může hostit stovky různých typů, což katalyzuje reakce na více buněčných drahách.

Jeho funkce mohou být velmi rozmanité:

- Účastní se na mnoha buněčných signalizačních a komunikačních procesech, zejména na proteinových kinázách, které katalyzují po sobě jdoucí fosforylaci jiných proteinových kináz (fosforylačních kaskád) v reakci na vnitřní a vnější podněty.

- Některé z těchto proteinů s enzymatickou aktivitou mají ústřední funkce v metabolismu uhlohydrátů, lipidů, nukleotidů, vitamínů, kofaktorů a aminokyselin. Například nic jiného v glykolýze nezahrnuje alespoň 4 kinázy: hexokinázu, fosfhofruktokinázu, fosfoglycerát kinázu a pyruvát kinázu.

-V rámci signálních funkcí jsou kinázy zapojeny do procesů regulace genové exprese, svalové kontrakce a rezistence vůči antibiotikům v různých typech živých organismů.

-Protein-tyrosinkinázy mají funkce při regulaci mnoha signálních transdukčních drah, které souvisejí s vývojem a komunikací v mnohobuněčných metazoanech.

- Modifikace proteinů fosforylací (v jiných buněčných kontextech jiných než buněčná signalizace) je důležitým prvkem při regulaci aktivity velkého počtu enzymů, které se účastní různých metabolických procesů. To je příklad regulace buněčného cyklu mnoha cyklinovými proteiny závislými na kinázách.

-Kinasy schopné fosforylovat lipidy jsou nezbytné pro remodelační procesy buněčných membrán, jakož i pro syntézu a tvorbu nových membrán.

Reference

1. Cheek, S., Zhang, H. a Grishin, NV (2002). Klasifikace sekvencí a struktur kináz. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. Cooper, J. (2018). Encyklopedie Britannica. Citováno z britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Pokroky v proteinových kinázách. Rijeka, Chorvatsko: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Historické perspektivy proteinové fosforylace a klasifikační systém pro proteinové kinázy. Phil. Trans. R. Soc. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). Fosforylace proteinů: hlavní mechanismus biologické regulace. Biochemical Society Transactions, 13, 813–820.
6. Výbor pro nomenklaturu Mezinárodní unie biochemie a molekulární biologie (NC-IUBMB). (2019). Citováno z qmul.ac.uk