КИНАЗИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДОВЕ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В киназа или кинази са протеини с ензимна активност, които са отговорни за катализира трансфера на фосфатни групи (PO4-3) за различни видове молекули. Те са изключително често срещани в природата ензими, където изпълняват трансцендентални функции за живи организми: участват в метаболизма, в сигнализацията, а също и в клетъчната комуникация.

Благодарение на големия брой процеси, в които изпълняват множество функции, киназите са един от най-изследваните видове протеини, не само на биохимично ниво, но и на структурно, генетично и клетъчно ниво.

Домените на структурата на ензима Pyruvate kinase (PYK) - гликолитичен ензим (Източник: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) чрез Wikimedia Commons)

Определено е, че човешкият геном има поне 500 гена, които кодират ензими, принадлежащи към групата на киназите, чийто „акцепторни“ субстрати за фосфатни групи могат да бъдат въглехидрати, липиди, нуклеозиди, протеини и други видове органични молекули.

Тези ензими са класифицирани в групата на фосфотрансферазите (EC 2.7) и обикновено се използват като "донорни" молекули на фосфатни групи към високоенергийни съединения като ATP, GTP, CTP и други свързани с тях.

характеристики

Терминът "киназа", както беше коментирано, обикновено се отнася до всички ензими, които са отговорни за прехвърлянето на крайната фосфатна група на АТФ към друга рецепторна или "акцепторна" молекула от фосфатната група.

Въпреки факта, че тези ензими катализират по същество една и съща реакция на трансфер на фосфорилна група, има голямо разнообразие между тях не само по отношение на структурата, но и в специфичността на субстратите и клетъчните пътища, в които участват.

По принцип структурата му е съставена от β-сгънати листове и α-спирали, които са сгънати специално, за да образуват активния сайт, като споменатият активен сайт обикновено съдържа положително заредени йони (катиони), които стабилизират отрицателните заряди на фосфатните групи, които прехвърлят.

В или близо до активното място са две свързващи места за субстрати: едно за АТФ или молекулата на донора на фосфатната група и едно за фосфорилирания субстрат.

Общата реакция на тези ензими (фосфорилиране) може да се разглежда по следния начин:

ATP + субстрат → ADP + фосфорилиран субстрат

Когато ATP дарява фосфатната група, която субстратът печели.

Видове

Според класификацията на Комитета по номенклатурата на Международния съюз по биохимия и молекулярна биология (NC-IUBMB), киназите се намират в групата на фосфотрансферазите (ЕС. 2.7, ензими, които пренасят фосфор-съдържащи групи), която е подразделена, т.е. от своя страна, в около 14 класа (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Фундаменталните разлики между тези 14 класа фосфотрансферази са свързани с химическата природа на "акцепторната" молекула на фосфатната група, която те пренасят (или естеството на частта от молекулата, която приема фосфатната група).

В рамките на тази категория (фосфотрансферазни ензими) има и някои ензими, които прехвърлят фосфатни групи, но не използват молекулите на АТФ като "донор", а вместо това използват неорганични фосфати.

Като цяло тези класове са описани, както следва:

EC 2.7.1: Ензими на фосфотрансферазата, съдържащи алкохол като акцептор на фосфатната група

Това е една от най-важните групи за енергийния метаболизъм на много организми, тъй като съдържа ензимите, отговорни за фосфорилирането на въглехидратите и техните производни, като глюкоза, галактоза, фруктоза, маноза, глюкозамин, рибоза и рибулоза, ксилоза, глицерол и др. пируват, мевалонат, арабиноза, инозитол, сред много други.

Примери за тези често срещани ензими са хексокиназа, глюкокиназа, фосфофруктокиназа и пируват киназа, които участват пряко в гликолитичния път, който е отговорен за окисляването на глюкозата за производството на енергия под формата на АТФ.

ЕС 2.7.2: фосфотрансферазни ензими, имащи карбоксилна група като акцептор на фосфатната група

В рамките на този клас киназни или фосфотрансферазни ензими са ензимите, които пренасят фосфатните групи в части от молекули с карбоксилни групи, като ацетат, карбамат, аспартат, фосфоглицерат, между другото.

EC 2.7.3:

Метаболично казано, тази група ензими също има голямо значение, тъй като те са отговорни за прехвърлянето на фосфатни групи в молекули като креатинин, аргинин, глутамин, гуанидин-ацетат и др.

ЕС 2.7.4: фосфотрансферазни ензими, имащи друга фосфатна група като акцептор на фосфатната група

Голяма част от ензимите от тази група функционират в регулирането на образуването или хидролизата на високоенергийни съединения като ATP, GTP, CTP и други, тъй като те са отговорни за добавянето, отстраняването или обмяната на фосфатни групи между тези видове молекули. или неговите предшественици.

Те също участват в прехвърлянето на фосфатни групи към други по-рано фосфорилирани молекули, които могат да имат липиден характер, въглехидрати или техни производни.

Примери за тези важни ензими са аденилат киназа, нуклеозидна фосфатна киназа, нуклеозидна трифосфат аденилат киназа, UMP / CMP киназа и фарнезилфосфатна киназа и др.

EC 2.7.6: ензими дифосфотрансфераза

Дифосфотрансферазите катализират пренасянето на две фосфатни групи едновременно към един и същ субстрат. Примери за тези ензими са рибоза фосфатна дифосфокиназа, тиамин дифосфокиназа и GTP дифосфокиназа, който е важен ензим в метаболизма на пурините.

EC 2.7.7: нуклеотидни специфични фосфотрансферази (нуклеотидилфосфотрансферази) ензими

Нуклеотидилфосфотрансферазите участват в много клетъчни процеси, участващи в активирането и инактивирането на други протеини и ензими, както и в някои механизми за възстановяване на ДНК.

Нейната функция е да пренася нуклеотиди, обикновено монофосфатни нуклеотиди от различни азотни основи. В този клас ензими са ДНК и РНК полимерази (както ДНК, така и РНК зависима), UDP-глюкозна 1-фосфатна уридилтрансфераза, наред с други.

EC 2.7.8: ензими, пренасящи фосфатни групи със заместители

Този клас има значими функции в пътищата на липидния метаболизъм, особено в синтеза им. Те са отговорни за прехвърлянето на фосфорилирани молекули (фосфатни групи със замествания) към други "акцепторни" молекули.

Примери за тази група ензими са етаноламин фосфотрансфераза, диацилглицерол холинова фосфотрансфераза, сфингомиелин синтаза и др.

EC 2.7.9: фосфотрансферазни ензими с сдвоени рецептори

Тези ензими използват един донор на фосфатна група (ATP или свързан), за да фосфорилират две различни акцепторни молекули. Примери за тези ензими са пируват фосфатна дикиназа (PPDK) и фосфогликан водна дикиназа.

Фосфотрансферази, които фосфорилират аминокиселинни остатъци от различни видове протеини

ЕС 2.7.10: протеинови тирозинкинази

Протеино-тирозинкиназите са ензими, които катализират прехвърлянето на фосфатни групи специално към тирозиновите остатъци в полипептидни вериги от различни видове протеинови акцептори.

ЕС 2.7.11: протеин-серин / треонин кинази

Както правят протеиновите тирозинкинази, тази група ензими катализира прехвърлянето на фосфатни групи към серинови или треонинови остатъци в други протеини.

Известен пример за тези протеини е семейството на протеин кинази С, които участват в множество пътища, но особено в липидния метаболизъм.

В тази група са включени и много циклични AMP и циклични GMP-зависими протеин кинази, които имат важно значение за диференцирането, растежа и комуникацията на клетките.

EC 2.7.12: кинази са двойно специфични (те могат да действат както на серин / треонин, така и на тирозинови остатъци)

Киназите, активирани с митоген, протеин кинази (MAPKK) са част от тази група ензими, които са способни на взаимозаменяеми фосфорилиращи серинови, треонинови или тирозинови остатъци от други протеинови кинази.

Протеин-хистидин кинази (EC 2.7.13) и протеин-аргинин кинази (EC 2.7.14)

Съществуват и други протеинкинази, способни да прехвърлят фосфатни групи към хистидин и аргининови остатъци в някои видове протеини и това са протеин-хистидин киназите и протеин-аргинин киназите.

Други форми на класификация

Според различни автори киназите могат да бъдат по-добре класифицирани според вида на субстрата, който използват като акцептор на фосфатна група.

Други считат, че най-добрият начин за класифициране на тези ензими е според структурата и характеристиките на тяхното активно място, тоест според конформацията и наличието на йони или определени молекули в него.

В зависимост от вида на субстрата, киназите могат да бъдат класифицирани като протеин кинази (които фосфорилират други протеини), липидни кинази (които фосфорилират липидите), въглехидратни кинази (които фосфорилират различни видове въглехидрати), нуклеозидни фосфорилази (които фосфорилират нуклеозидите) и др.

Характеристика

Ензимите от групата на киназата са повсеместни по природа и една клетка може да бъде домакин на стотици различни видове, катализиращи реакции на множество клетъчни пътища.

Функциите му могат да бъдат много разнообразни:

-Участват в множество клетъчни процеси на сигнализация и комуникация, особено протеин кинази, които катализират последователното фосфорилиране на други протеинкинази (фосфорилиращи каскади) в отговор на вътрешни и външни стимули.

-Някои от тези протеини с ензимна активност имат централни функции в метаболизма на въглехидрати, липиди, нуклеотиди, витамини, кофактори и аминокиселини. Например, нищо друго в гликолизата включва поне 4 кинази: хексокиназа, фосфофруктокиназа, фосфоглицерат киназа и пируват киназа.

-Сред сигналните функции киназите участват в процесите на регулиране на генната експресия, в свиването на мускулите и в резистентността към антибиотици в различни видове живи организми.

-Протеин-тирозинкиназите имат функции в регулацията на много сигнални трансдукционни пътища, които са свързани с развитието и комуникацията в многоклетъчните метазои.

-Модифицирането на протеини чрез фосфорилиране (в други клетъчни контексти, различни от клетъчната сигнализация) е важен елемент за регулиране на активността на голям брой ензими, които участват в различни метаболитни процеси. Такъв е примерът за регулиране на клетъчния цикъл от много циназа-зависими циклинови протеини.

-Кинази, способни да фосфорилират липиди, са от съществено значение за процесите на ремоделиране на клетъчните мембрани, както и за синтеза и образуването на нови мембрани.

Препратки

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Класификация на последователността и структурата на киназите. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. Cooper, J. (2018). Енциклопедия Британика. Извлечено от britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Напредък в протеиновите кинази. Риека, Хърватия: InTech Open.
4. Кребс, Е. (1983). Исторически перспективи за фосфорилиране на протеини и система за класификация на протеиновите кинази. Фил. Транс. Р. Сок. Лонд. B, 302, 3-11.
5. Кребс, Е. (1985). Фосфорилирането на протеини: основен механизъм за биологична регулация. Биохимично общество транзакции, 13, 813–820.
6. Комитет по номенклатурата на Международния съюз по биохимия и молекулярна биология (NC-IUBMB). (2019). Извлечено от qmul.ac.uk