KINÁZOK: JELLEMZŐK, TÍPUSOK, FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2026

A kináz vagy kinázok olyan enzimatikus aktivitású proteinek, amelyek felelősek a foszfátcsoportok (PO4-3) különböző típusú molekulákba történő átvitelének katalizálásáért. Rendkívül gyakori enzimek a természetben, ahol transzcendentális funkciókat látnak el az élő szervezetek számára: részt vesznek az anyagcserében, a jelátvitelben és a sejtek közötti kommunikációban is.

A számos olyan folyamatnak köszönhetően, amelyekben több funkciót is ellátnak, a kinázok az egyik leginkább vizsgált fehérje típus, nem csak biokémiai szinten, hanem szerkezeti, genetikai és celluláris szinten is.

A Pyruvate kináz (PYK) enzim és a glikolitikus enzim szerkezetének domainjei (Forrás: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) a Wikimedia Commons-n keresztül)

Megállapítottuk, hogy az emberi genomnak legalább 500 génje van, amelyek a kinázok csoportjába tartozó enzimeket kódolnak, amelyek foszfátcsoportok "akceptor" szubsztrátjai lehetnek szénhidrátok, lipidek, nukleozidok, fehérjék és más típusú szerves molekulák.

Ezeket az enzimeket a foszfotranszferázok csoportjába sorolják (EC 2.7), és általában "donor" molekulákban használják a foszfátcsoportokat nagy energiájú vegyületekre, mint például ATP, GTP, CTP és más rokonok.

jellemzők

A "kináz" kifejezés, amint azt már kommentáltuk, általában minden olyan enzimre vonatkozik, amelyek felelősek az ATP terminális foszfátcsoportjának átadásáért a foszfátcsoport másik receptorához vagy "akceptor" molekulájához.

Annak ellenére, hogy ezek az enzimek lényegében ugyanazt a foszforilcsoport-átadási reakciót katalizálják, közöttük nagy a sokféleség, nemcsak a szerkezet szempontjából, hanem a szubsztrátok sajátosságai és a sejtvonalak szempontjából is, amelyben részt vesznek.

Általában a szerkezete β-hajtogatott lemezekből és α-heliklikekből áll, amelyeket speciálisan az aktív hely kialakítása céljából hajtogatnak, és az említett aktív hely általában pozitív töltésű ionokat (kationokat) tartalmaz, amelyek stabilizálják az átadott foszfátcsoportok negatív töltéseit.

Az aktív helynél vagy annak közelében két szubsztrát kötési hely van: az egyik az ATP vagy a foszfátcsoport donor molekulához, a másik pedig a foszforilálandó szubsztrátumhoz.

Ezen enzimek általános reakciója (foszforiláció) a következőképpen tekinthető:

ATP + hordozó → ADP + foszforilezett hordozó

Ahol az ATP a foszfátcsoportot adományozza, amelyet a szubsztrát nyer.

típusai

A Nemzetközi Biokémiai és Molekuláris Biológiai Unió Nómenklatúra Bizottságának (NC-IUBMB) besorolása szerint a kinázok a foszfotranszferázok csoportjában találhatók (EC 2.7, foszfortartalmú csoportokat átvivő enzimek), amely fel van osztva, viszont körülbelül 14 osztályban (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

A foszfotranszferázok e 14 osztálya közötti alapvető különbségek a foszfátcsoport „akceptor” molekulájának kémiai természetére vonatkoznak, amelyet átjutnak (vagy a molekula azon részének jellegére, amely a foszfátcsoportot kapja).

Ebben a kategóriában (foszfotranszferáz enzimek) vannak olyan enzimek, amelyek foszfátcsoportokat szállítanak át, de nem használnak ATP molekulákat „donorként”, hanem inkább szervetlen foszfátokat használnak.

Általánosságban ezek az osztályok a következők:

EC 2.7.1: Foszfotranszferáz enzimek, amelyek foszfátcsoport-elfogadóként alkoholt tartalmaznak

Ez a sok organizmus energetikai anyagcseréjének egyik legfontosabb csoportja, mivel tartalmazza a szénhidrátok és származékaik foszforilációjáért felelős enzimeket, például glükózt, galaktozot, fruktózt, mannózt, glükózamint, ribózot és ribulózt, xilózt, glicerint, piruvát, mevalonát, arabinóz, inozit, többek között.

Ezen általános enzimekre példa a hexokináz, a glükokináz, a foszfofruktokináz és a piruvát-kináz, amelyek közvetlenül részt vesznek a glikolitikus úton, amely felelős a glükóz oxidációjáért az energiatermeléshez ATP formájában.

EC 2.7.2: foszfotranszferáz enzimek, amelyek karboxilcsoportot tartalmaznak a foszfátcsoport elfogadójaként

A kináz vagy foszfotranszferáz enzimek ezen osztályán azon enzimek tartoznak, amelyek a foszfátcsoportokat a karboxilcsoportokkal rendelkező molekulák egyes részeire továbbítják, mint például acetát, karbamát, aszpartát, foszfo-glicerát.

EC 2.7.3:

Metabolikus értelemben az enzimek ez a csoport szintén nagy jelentőséggel bírnak, mivel felelősek a foszfátcsoportok molekulákba történő átviteléért, például kreatinin, arginin, glutamin, guanidin-acetát stb.

EC 2.7.4: foszfotranszferáz enzimek, amelyek másik foszfátcsoportot tartalmaznak a foszfátcsoport elfogadójaként

Ennek a csoportnak az enzimeinek nagy része a nagy energiájú vegyületek, például ATP, GTP, CTP és mások képződésének vagy hidrolízisének szabályozásában működik, mivel ezek felelősek a foszfátcsoportok hozzáadásáért, eltávolításáért vagy cseréjéhez az ilyen típusú molekulák között. vagy annak prekurzorai.

Részt vesznek a foszfátcsoportok transzferében más korábban foszforilezett molekulákhoz is, amelyek természetükben lipidek lehetnek, szénhidrátok vagy származékaik.

Ezen fontos enzimekre példa az adenilát-kináz, a nukleozid-foszfát-kináz, a nukleozid-trifoszfát-adenilát-kináz, az UMP / CMP-kináz és a farnesil-foszfát-kináz stb.

EC 2.7.6: difoszfotranszferáz enzimek

A difoszfotranszferázok katalizálják két foszfátcsoport átadását egyidejűleg ugyanahhoz a szubsztrátumhoz. Ezen enzimekre példa a ribóz-foszfát-difoszfokináz, a tiamin-difoszfokináz és a GTP-difoszfokináz, amely fontos enzim a purinek metabolizmusában.

EC 2.7.7: nukleotid-specifikus foszfotranszferázok (nukleotidil foszfotranszferázok) enzimek

A nukleotidil-foszfotranszferázok számos olyan celluláris folyamatban részt vesznek, amely más fehérjék és enzimek aktiválásában és inaktiválásában vesz részt, valamint néhány DNS-javító mechanizmusban.

Feladata nukleotidok, általában különböző nitrogén bázisok monofoszfát nukleotidjainak átvitele. Az enzimek ebbe az osztályába tartoznak többek között a DNS és az RNS polimerázok (mind a DNS, mind az RNS függőek), az UDP-glükóz-1-foszfát-uridiltranszferáz.

EC 2.7.8: foszfátcsoportokat szubsztitúcióval átvivő enzimek

Ez az osztály jelentős funkcióval bír a lipid metabolizmus útjain, különösen szintézisükben. Ők felelősek a foszforilált molekulák (szubsztituált foszfátcsoportok) átviteléről más "akceptor" molekulákra.

Az enzimek ezen csoportjára példa az etanol-amin-foszfotranszferáz, a diacil-glicerin-kolin-foszfotranszferáz, a szfingomielin szintáz stb.

EC 2.7.9: foszfotranszferáz enzimek párosított receptorokkal

Ezek az enzimek egyetlen foszfátcsoport donort (ATP vagy rokon) használnak két különböző akceptor molekula foszforilálására. Ezen enzimekre példa a piruvát-foszfát-dikináz (PPDK) és a foszfoglikán-víz-dikináz.

Foszfor-transzferázok, amelyek a különféle típusú fehérjék aminosavmaradékait foszforilálják

EC 2.7.10: protein tirozin kinázok

A protein-tirozin-kinázok olyan enzimek, amelyek katalizálják a foszfátcsoportok specifikusan tirozinmaradékokká történő átvitelét a különféle típusú fehérje-elfogadók polipeptidláncain.

EC 2.7.11: protein-szerin / treonin kinázok

Mint a protein tirozin kinázok, ez az enzimcsoport katalizálja a foszfát csoportok transzferét más fehérjék szerin vagy treonin maradékává.

Ezen fehérjék ismert példája a protein-kinázok C családja, amelyek több útvonalon vesznek részt, de különösen a lipid-anyagcserében.

Ebbe a csoportba számos ciklikus AMP és ciklikus GMP-függő protein-kináz tartozik, amelyek fontos következményekkel járnak a sejtek differenciálódására, növekedésére és kommunikációjára.

EC 2.7.12: a kinázok kettőspecifikusak (mind szerin / treonin, mind tirozin maradványokra hatnak)

A mitogén-aktivált protein-kináz-kinázok (MAPKK) azon enzimek csoportjába tartoznak, amelyek képesek más protein-kinázok szerin-, treonin- vagy tirozin-maradványainak elválaszthatatlan foszforilálására.

Fehérje-hisztidin-kinázok (EC 2.7.13) és protein-arginin-kinázok (EC 2.7.14)

Vannak más protein-kinázok, amelyek képesek bizonyos típusú fehérjékben a foszfátcsoportok hisztidin- és argininmaradékokká történő átvitelére, és ezek fehérje-hisztidin-kinázok és protein-arginin-kinázok.

A besorolás egyéb formái

Különböző szerzők szerint a kinázokat jobban lehet besorolni annak alapján, hogy milyen szubsztrátot használnak foszfátcsoport-elfogadóként.

Mások úgy vélik, hogy ezen enzimek osztályozásának legjobb módja az aktív helyük szerkezete és jellemzői, azaz a konformáció és az ionok vagy bizonyos molekulák jelenléte alapján.

A szubsztrát típusától függően a kinázokat protein kinázok (amelyek más proteineket foszforilálnak), lipid kinázok (amelyek a lipideket foszforilálják), szénhidrát kinázok (amelyek különféle típusú szénhidrátokat foszforilálnak), nukleozid foszforilázok (amelyek foszforilálják a nukleozidokat), stb.

Jellemzők

A kinázcsoport enzimei mindenütt jelen vannak, és egyetlen sejt különféle típusú százokat tárolhat, és több sejtúton keresztül katalizálja a reakciókat.

Funkciói nagyon változatosak lehetnek:

- Részt vesznek számos sejtjelző és kommunikációs folyamatban, különösen a protein-kinázokban, amelyek katalizálják más protein-kinázok (foszforilációs kaszkádok) egymást követő foszforilációját a belső és a külső ingerekre adott válaszként.

- Ezeknek az enzimatikus aktivitású fehérjéknek központi szerepe van a szénhidrátok, lipidek, nukleotidok, vitaminok, kofaktorok és aminosavak metabolizmusában. Például a glikolízisben semmi más nem tartalmaz legalább 4 kinázt: hexokináz, foszfofruktokináz, foszfo-glicerát-kináz és piruvát-kináz.

-A jelző funkciók között a kinázok részt vesznek a gén expressziójának szabályozásában, az izmok összehúzódásában és az antibiotikumokkal szembeni rezisztenciában az élő szervezetek különböző típusaiban.

- A protein-tirozin-kinázok számos olyan jelátviteli út szabályozásában játszanak szerepet, amelyek a többsejtű metazoánok fejlődéséhez és kommunikációjához kapcsolódnak.

- A fehérjék foszforilációval történő módosítása (más sejtes összefüggésekben, a sejtjelzésen kívül) fontos elem a különféle metabolikus folyamatokban részt vevő számos enzim aktivitásának szabályozásában. Ilyen példa a sejtciklus szabályozására számos kináz-függő ciklin protein által.

- A lipidek foszforilálására képes kinázok nélkülözhetetlenek a sejtmembránok átalakulási folyamataihoz, valamint az új membránok szintéziséhez és kialakításához.

Irodalom

1. Cheek, S., Zhang, H. és Grishin, NV (2002). A kinázok szekvencia és szerkezeti osztályozása. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. Cooper, J. (2018). Encyclopaedia Britannica. Visszakeresve a britannica.com webhelyről
3. Da Silva, G. (2012). Előrehaladás a protein-kinázokban. Rijeka, Horvátország: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). A protein-foszforiláció történelmi perspektívái és a protein-kinázok osztályozási rendszere. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). A fehérjék foszforilezése: a biológiai szabályozás egyik fő mechanizmusa. Biochemical Society Transactions, 13, 813–820.
6. A Biokémiai és Molekuláris Biológiai Nemzetközi Unió (NC-IUBMB) Nómenklatúra Bizottsága. (2019). Vissza a (z) qmul.ac.uk oldalról