KINASER: EGENSKAPER, TYPER, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Det kinas eller kinaser är proteiner med enzymatisk aktivitet som är ansvariga för att katalysera överföringen av fosfatgrupper (PO4-3) till olika typer av molekyler. De är extremt vanliga enzymer i naturen, där de utför transcendentala funktioner för levande organismer: de deltar i ämnesomsättningen, i signalering och även i cellulär kommunikation.

Tack vare det stora antalet processer där de uppfyller flera funktioner är kinaser en av de mest studerade proteintyperna, inte bara på biokemisk nivå, utan också på strukturell, genetisk och cellnivå.

Domäner för strukturen hos enzymet Pyruvat kinase (PYK) ett glykolytiskt enzym (Källa: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) via Wikimedia Commons)

Det har fastställts att det mänskliga genomet har minst 500 gener som kodar för enzymer som tillhör gruppen kinaser, vars "acceptorsubstrat" ​​för fosfatgrupper kan vara kolhydrater, lipider, nukleosider, proteiner och andra typer av organiska molekyler.

Dessa enzymer klassificeras inom gruppen fosfotransferaser (EC 2.7) och använder vanligtvis som "givare" molekyler av fosfatgrupper till högenergiföreningar såsom ATP, GTP, CTP och andra relaterade.

egenskaper

Termen "kinas", såsom har kommenterats, avser vanligtvis alla enzymer som är ansvariga för överföringen av den terminala fosfatgruppen av ATP till en annan receptor eller "acceptor" -molekyl i fosfatgruppen.

Trots det faktum att dessa enzymer väsentligen katalyserar samma fosforylgruppöverföringsreaktion, finns det stor mångfald bland dem, inte bara när det gäller struktur, utan också i specificiteten hos substrat och de cellulära vägarna i vilka de deltar.

I allmänhet är dess struktur sammansatt av p-vikta ark och a-spiraler som är vikta specifikt för att bilda det aktiva stället, och nämnda aktiva plats innehåller vanligtvis positivt laddade joner (katjoner) som stabiliserar de negativa laddningarna för fosfatgrupperna som de överför.

Vid eller nära det aktiva stället finns det två bindningsställen för substrat: ett för ATP eller fosfatgruppens givarmolekyl och ett för substratet som ska fosforyleras.

Den allmänna reaktionen hos dessa enzymer (fosforylering) kan ses på följande sätt:

ATP + substrat → ADP + fosforylerat substrat

Där ATP donerar fosfatgruppen som substratet får.

typer

Enligt klassificeringen av Nomenklaturkommittén för International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB) finns kinaser i gruppen fosfotransferaser (EC. 2.7, enzymer som överför fosforinnehållande grupper), som är underindelad, i sin tur i cirka 14 klasser (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

De grundläggande skillnaderna mellan dessa 14 klasser av fosfotransferaser hänför sig till den kemiska naturen hos "acceptor" -molekylen i fosfatgruppen som de överför (eller arten av den del av molekylen som tar emot fosfatgruppen).

Inom denna kategori (fosfotransferasenzymer) finns också några enzymer som överför fosfatgrupper men inte använder ATP-molekyler som en "givare", utan istället använder oorganiska fosfater.

I stort sett beskrivs dessa klasser på följande sätt:

EC 2.7.1: Fosfotransferasenzymer med en alkohol som fosfatgruppacceptor

Detta är en av de viktigaste grupperna för energimetabolismen för många organismer, eftersom den innehåller de enzymer som är ansvariga för fosforylering av kolhydrater och deras derivat, såsom glukos, galaktos, fruktos, mannos, glukosamin, ribos och ribulosa, xylos, glycerol, pyruvat, mevalonat, arabinos, inositol, bland många andra.

Exempel på dessa vanliga enzymer är hexokinas, glukokinas, fosfofruktokinas och pyruvatkinas, som är direkt involverade i den glykolytiska vägen som ansvarar för oxidationen av glukos för produktion av energi i form av ATP.

EC 2.7.2: fosfotransferasenzymer med en karboxylgrupp som acceptor för fosfatgruppen

Inom denna klass av kinas- eller fosfotransferasenzymer är enzymerna som överför fosfatgrupper till delar av molekyler med karboxylgrupper, såsom acetat, karbamat, aspartat, fosfoglycerat, bland andra.

EC 2.7.3:

Metaboliskt sett är denna grupp av enzymer också av stor betydelse, eftersom de ansvarar för överföringen av fosfatgrupper till molekyler som kreatinin, arginin, glutamin, guanidin-acetat, etc.

EC 2.7.4: fosfotransferasenzymer som har en annan fosfatgrupp som acceptor för fosfatgruppen

En stor del av enzymerna i denna grupp fungerar vid reglering av bildning eller hydrolys av högenergiföreningar såsom ATP, GTP, CTP och andra, eftersom de ansvarar för tillsats, borttagning eller utbyte av fosfatgrupper mellan dessa typer av molekyler. eller dess föregångare.

De deltar också i överföringen av fosfatgrupper till andra tidigare fosforylerade molekyler, som kan vara lipid i naturen, kolhydrater eller derivat därav.

Exempel på dessa viktiga enzymer är adenylatkinas, nukleosidfosfatkinas, nukleosidtrifosfatadenylatkinas, UMP / CMP kinas och farnesylfosfatkinas, etc.

EC 2.7.6: difosfotransferasenzymer

Difosfotransferaser katalyserar överföringen av två fosfatgrupper samtidigt till samma substrat. Exempel på dessa enzymer är ribosfosfatdifosfokinas, tiamindifosfokinas och GTP-fosfokinas, som är ett viktigt enzym i metabolism av puriner.

EC 2.7.7: nukleotidspecifika fosfotransferaser (nukleotidylfosfotransferaser) enzymer

Nukleotidylfosfotransferaser deltar i många cellulära processer involverade i aktivering och inaktivering av andra proteiner och enzymer, liksom i vissa DNA-reparationsmekanismer.

Dess funktion är att överföra nukleotider, i allmänhet monofosfatnukleotider från olika kvävebaser. I denna klass av enzymer finns det DNA- och RNA-polymeraser (både DNA- och RNA-beroende), UDP-glukos 1-fosfaturidyltransferas, bland andra.

EC 2.7.8: enzymer som överför fosfatgrupper med substitutioner

Denna klass har betydande funktioner i lipidmetabolismvägar, särskilt deras syntes. De ansvarar för överföringen av fosforylerade molekyler (fosfatgrupper med substitutioner) till andra "acceptor" molekyler.

Exempel på denna grupp av enzymer är etanolamin-fosfotransferas, diacylglycerol-kolin-fosfotransferas, sfingomyelin-syntas, etc.

EC 2.7.9: fosfotransferasenzymer med parade receptorer

Dessa enzymer använder en enda fosfatgruppdonator (ATP eller besläktad) för att fosforylera två olika acceptormolekyler. Exempel på dessa enzymer är pyruvatfosfat dikinas (PPDK) och fosfoglykanvatten dikinas.

Fosfotransferaser som fosforylerar aminosyrarester av olika typer av proteiner

EC 2.7.10: proteintyrosinkinaser

Protein-tyrosinkinaser är enzymer som katalyserar överföringen av fosfatgrupper specifikt till tyrosinrester i polypeptidkedjor av olika typer av proteinacceptorer.

EC 2.7.11: proteinserin / treoninkinaser

Som proteintyrosinkinaser gör, katalyserar denna grupp av enzymer överföringen av fosfatgrupper till serin- eller treoninrester i andra proteiner.

Ett känt exempel på dessa proteiner är familjen av proteinkinaser C, som deltar i flera vägar, men särskilt i lipidmetabolismen.

I denna grupp ingår också många cykliska AMP och cykliska GMP-beroende proteinkinaser, med viktiga implikationer för celldifferentiering, tillväxt och kommunikation.

EC 2.7.12: kinaser är dubbelspecifika (de kan verka på både serin / treonin- och tyrosinrester)

De mitogenaktiverade proteinkinasekinaser (MAPKK) är en del av denna grupp av enzymer som kan otydligt fosforylera serin-, treonin- eller tyrosinrester från andra proteinkinaser.

Protein-histidinkinaser (EC 2.7.13) och protein-argininkinaser (EC 2.7.14)

Det finns andra proteinkinaser som kan överföra fosfatgrupper till histidin- och argininrester i vissa typer av proteiner och dessa är protein-histidinkinaser och protein-argininkinaser.

Andra former av klassificering

Enligt olika författare kan kinaser bättre klassificeras beroende på vilken typ av substrat de använder som en fosfatgruppacceptor.

Andra anser att det bästa sättet att klassificera dessa enzymer är beroende på strukturen och egenskaperna hos deras aktiva plats, det vill säga beroende på konformationen och närvaron av joner eller vissa molekyler i det.

Beroende på typen av substrat kan kinaser klassificeras som proteinkinaser (som fosforylerar andra proteiner), lipidkinaser (vilka fosforylatlipider), kolhydratkinaser (som fosforylerar olika typer av kolhydrater), nukleosidfosforylaser (vilka fosforylatnukleosider), etc.

Funktioner

Kinasgruppsenzymer är allestädes närvarande och en enda cell kan vara värd för hundratals olika typer och katalysera reaktioner på flera cellulära vägar.

Dess funktioner kan vara mycket olika:

-De deltar i flera cellulära signaliserings- och kommunikationsprocesser, särskilt proteinkinaser, som katalyserar påföljande fosforylering av andra proteinkinaser (fosforyleringskaskader) som svar på interna och externa stimuli.

-Vissa av dessa proteiner med enzymatisk aktivitet har centrala funktioner i metabolismen av kolhydrater, lipider, nukleotider, vitaminer, kofaktorer och aminosyror. Till exempel ingår inget annat i glykolys minst 4 kinaser: hexokinas, fosfofruktokinas, fosfoglyceratkinas och pyruvatkinas.

-Längs signalfunktionerna är kinaser involverade i processerna för reglering av genuttryck, i muskelsammandragning och i resistens mot antibiotika i olika typer av levande organismer.

-Protein-tyrosinkinaser har funktioner vid reglering av många signaltransduktionsvägar som är relaterade till utveckling och kommunikation i multicellulära metazoner.

-Modifieringen av proteiner genom fosforylering (i andra cellulära sammanhang än cellsignalering) är ett viktigt element för att reglera aktiviteten hos ett stort antal enzymer som deltar i olika metaboliska processer. Sådant är ett exempel på cellcykelreglering av många kinasberoende cyklinproteiner.

-Kinaser som kan fosforylera lipider är väsentliga för ombyggnadsprocesser för cellmembran, liksom för syntes och bildning av nya membran.

referenser

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Sekvens och struktur Klassificering av kinaser. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. Cooper, J. (2018). Encyclopaedia Britannica. Hämtad från britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Framsteg inom proteinkinaser. Rijeka, Kroatien: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Historiska perspektiv på proteinfosforylering och ett klassificeringssystem för proteinkinaser. Fil. Trans. R. Soc. Lond. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). Fosforylering av proteiner: en viktig mekanism för biologisk reglering. Biochemical Society Transactions, 13, 813–820.
6. Nomenklaturkommittén för International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB). (2019). Hämtad från qmul.ac.uk