КИНАЗЕ: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ВРСТЕ, ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Киназе или киназе су протеини са ензимском активношћу који су одговорни за катализују трансфер фосфата група (ПО4-3) на различите типове молекула. Они су у природи изузетно уобичајени ензими где они обављају трансценденталне функције живих организама: учествују у метаболизму, у сигнализацији и такође у ћелијској комуникацији.

Захваљујући великом броју процеса у којима испуњавају више функција, киназе су једна од најгледанијих врста протеина, не само на биохемијском нивоу, већ и на структуралном, генетском и ћелијском нивоу.

Домене структуре ензима Пирувате кинасе (ПИК) гликолитички ензим (Извор: Тхомас Сплеттстоессер (ввв.сцистиле.цом) виа Викимедиа Цоммонс)

Утврђено је да људски геном има најмање 500 гена који кодирају ензиме који припадају групи киназа, чији "акцепторски" супстрати за фосфатне групе могу бити угљени хидрати, липиди, нуклеозиди, протеини и друге врсте органских молекула.

Ови ензими су класификовани у групи фосфотрансфераза (ЕЦ 2.7) и обично се користе као "донорски" молекули фосфатних група до високоенергетских једињења као што су АТП, ГТП, ЦТП и друга сродна.

карактеристике

Израз "киназа", као што је дискутирано, обично се односи на све ензиме који су одговорни за преношење терминалне фосфатне групе АТП у други рецепторски или "акцепторски" молекул фосфатне групе.

Упркос чињеници да ови ензими катализирају у основи исту реакцију преноса фосфорилне групе, постоји велика разноликост међу њима, не само у смислу структуре, већ и у специфичности супстрата и ћелијских путева у којима учествују.

Генерално, његова структура је састављена од β пресавијених листова и α-хелика који се пресавијају посебно да формирају активно место, а наведено активно место обично садржи позитивно наелектрисане јоне (катионе) који стабилишу негативне набоје фосфатних група које преносе.

На активном месту или у близини постоје два места везивања супстрата: једно за АТП или молекул донора фосфатне групе и једно за фосфорилирање супстрата.

Општа реакција ових ензима (фосфорилација) може се посматрати на следећи начин:

АТП + супстрат → АДП + фосфорилирани супстрат

Где АТП донира фосфатну групу коју супстрат добија.

Врсте

Према класификацији Одбора за номенклатуру Међународне уније за биохемију и молекуларну биологију (НЦ-ИУБМБ), киназе се налазе у групи фосфотрансфераза (ЕЦ. 2.7, ензими који преносе групе које садрже фосфор), а која је подељена, заузврат, у око 14 класа (ЕЦ 2.7.1 - ЕЦ 2.7.14).

Темељне разлике између ових 14 класа фосфотрансфераза односе се на хемијску природу "акцепторског" молекула фосфатне групе коју преносе (или природу дела молекула који прима фосфатну групу).

Унутар ове категорије (фосфотрансферазни ензими) постоје и неки ензими који преносе фосфатне групе али не користе АТП молекуле као "донора", већ уместо тога користе неорганске фосфате.

Опћенито, ове класе су описане како слиједи:

ЕЦ 2.7.1: Ензими фосфотрансферазе који имају алкохол као акцептор фосфатне групе

Ово је једна од најважнијих група за енергетски метаболизам многих организама, јер садржи ензиме одговорне за фосфорилацију угљених хидрата и њихове деривате, попут глукозе, галактозе, фруктозе, манозе, глукозамина, рибозе и рибулозе, ксилозе, глицерола, пируват, мевалонат, арабиноза, инозитол, између многих других.

Примери ових уобичајених ензима су хекокиназа, глукокиназа, фосхофруктокиназа и пируват киназа, који су директно укључени у гликолитички пут који је одговоран за оксидацију глукозе за производњу енергије у облику АТП.

ЕЦ 2.7.2: ензими фосфотрансферазе који имају карбоксилну групу као акцептор фосфатне групе

Унутар ове класе ензима киназе или фосфотрансферазе су ензими који преносе фосфатне групе у делове молекула са карбоксилним групама, попут ацетата, карбамата, аспартата, фосфоглицерата, између осталог.

ЕЦ 2.7.3:

Метаболички гледано, ова група ензима је такође од великог значаја, будући да су они одговорни за пренос фосфатних група у молекуле као што су креатинин, аргинин, глутамин, гванидин-ацетат, итд.

ЕЦ 2.7.4: ензими фосфотрансферазе који имају другу фосфатну групу као акцептор фосфатне групе

Велики део ензима ове групе делује у регулацији стварања или хидролизе високоенергетских једињења као што су АТП, ГТП, ЦТП и други, јер су они одговорни за додавање, уклањање или размену фосфатних група између ових врста молекула. или његових претеча.

Такође учествују у преношењу фосфатних група на друге претходно фосфорилиране молекуле, који у природи могу бити липидни, угљени хидрати или њихови деривати.

Примери ових важних ензима су аденилат киназа, нуклеозид фосфат киназа, нуклеозид трифосфат аденилат киназа, УМП / ЦМП киназа и фарнезил фосфат киназа, итд.

ЕЦ 2.7.6: ензими дифосфотрансферазе

Дифосфотрансферазе катализују пренос две фосфатне групе истовремено на исти супстрат. Примери ових ензима су рибоза фосфат дифосфокиназа, тиамин дифосфокиназа и ГТП дифосфокиназа, који је важан ензим у метаболизму пурина.

ЕЦ 2.7.7: фосфотрансферазе специфичне за нуклеотиде (нуклеотидил фосфотрансферазе) ензими

Нуклеотидил фосфотрансферазе учествују у многим ћелијским процесима који су укључени у активацију и инактивацију других протеина и ензима, као и у неким механизмима за обнављање ДНК.

Његова функција је преношење нуклеотида, углавном монофосфатних нуклеотида различитих азотних база. У овој класи ензима су ДНК и РНК полимеразе (од ДНК и РНА зависне), УДП-глукоза 1-фосфат уридилтрансфераза, између осталих.

ЕЦ 2.7.8: ензими који преносе фосфатне групе са супституцијама

Ова класа има значајне функције у путовима метаболизма липида, посебно у њиховој синтези. Они су одговорни за пренос фосфорилираних молекула (фосфатне групе са супституцијама) у друге "акцепторске" молекуле.

Примери ове групе ензима су етаноламин фосфотрансфераза, диацилглицерол холин фосфотрансфераза, сфингомијелин синтаза, итд.

ЕЦ 2.7.9: ензими фосфотрансферазе са упареним рецепторима

Ови ензими користе једног даваоца фосфатне групе (АТП или сродни) за фосфорилацију два различита молекула акцептора. Примери ових ензима су пируват фосфат дикиназа (ППДК) и фосфогликанска водена дикиназа.

Фосфотрансферазе које фосфорилирају аминокиселинске остатке различитих врста протеина

ЕЦ 2.7.10: протеин тирозин киназе

Протеин-тирозин киназе су ензими који катализују пренос фосфатних група специфично на остатке тирозина у полипептидним ланцима различитих врста рецептора протеина.

ЕЦ 2.7.11: протеин-серин / треонин киназе

Као што то чине протеинске тирозин киназе, ова група ензима катализира пренос фосфатних група на остатке серина или треонина у другим протеинима.

Познати пример ових протеина је породица протеин киназа Ц, који су укључени у више путева, али посебно у метаболизму липида.

Такође су у ову групу укључене многе цикличне АМП и цикличне ГМП зависне протеинске киназе, које имају значајне импликације на диференцијацију, раст и комуникацију ћелија.

ЕЦ 2.7.12: киназе су двоструко специфичне (могу деловати и на остатке серина / треонина и тирозина)

Киназе активиране митогеном протеинске киназе (МАПКК) део су ове групе ензима који су у стању да неизрециво оставе серина, треонина или тирозина у другим протеинима киназама.

Протеин-хистидин киназе (ЕЦ 2.7.13) и протеин-аргинин киназе (ЕЦ 2.7.14)

Постоје и друге протеинске киназе које могу да пренесу фосфатне групе на остатке хистидина и аргинина у неким врстама протеина и то су протеин-хистидин киназе и протеин-аргинин киназе.

Други облици класификације

Према различитим ауторима, киназе се могу боље класификовати према врсти супстрата који користе као акцептор фосфатне групе.

Други сматрају да је најбољи начин за класификацију ових ензима у складу са структуром и карактеристикама њиховог активног места, односно према конформацији и присуству јона или одређених молекула у њему.

У зависности од врсте супстрата, киназе се могу класификовати као протеин киназе (које фосфорују остале протеине), липидне киназе (које фосфорилирају липиде), угљене хидратне киназе (које фосфорилирају различите врсте угљених хидрата), нуклеозидне фосфорилазе (које фосфорују нуклеозиде), итд.

Карактеристике

Ензими киназне групе су свеприсутне природе и једна ћелија може угостити стотине различитих врста, катализујући реакције на више ћелијских путева.

Његове функције могу бити веома разнолике:

- Учествују у више ћелијских процеса сигнализације и комуникације, посебно протеин киназа, које катализују узастопну фосфорилацију других протеин киназа (фосфорилационе каскаде) као одговор на унутрашње и спољне подражаје.

-Неки од ових протеина са ензимском активношћу имају централне функције у метаболизму угљених хидрата, липида, нуклеотида, витамина, кофактора и аминокиселина. На пример, ништа друго у гликолизи укључује најмање 4 киназе: хексокиназу, фосхофруктокиназу, фосфоглицерат киназу и пируват киназу.

-Кроз сигналне функције, киназе су укључене у процесе регулације експресије гена, у контракцији мишића и у резистенцији на антибиотике у различитим врстама живих организама.

-Протеин-тирозин-киназе имају функцију у регулацији многих путова трансдукције сигнала који су повезани са развојем и комуникацијом у вишећелијским метазоама.

-Модија протеина фосфорилацијом (у другим ћелијским контекстима, осим ћелијске сигнализације) је важан елемент у регулисању активности великог броја ензима који учествују у различитим метаболичким процесима. Такав је пример регулације ћелијског циклуса од многих циклинских протеина зависних од киназе.

-Киназе способне фосфорилирања липида су кључне за процесе ремоделирања ћелијских мембрана, као и за синтезу и стварање нових мембрана.

Референце

1. Цхеек, С., Зханг, Х., & Грисхин, НВ (2002). Класификација редоследа и структуре киназа. Часопис за молекуларну биологију, 2836 (02), 855–881.
2. Цоопер, Ј. (2018). Енцицлопаедиа Британница. Преузето са британница.цом
3. Да Силва, Г. (2012). Напредак у протеинским киназама. Ријека, Хрватска: ИнТецх Опен.
4. Кребс, Е. (1983). Историјске перспективе фосфорилације протеина и систем класификације протеинских киназа. Пхил. Транс. Р. Соц. Лонд. Б, 302, 3-11.
5. Кребс, Е. (1985). Фосфорилација протеина: главни механизам биолошке регулације. Трансакције биохемијског друштва, 13, 813–820.
6. Одбор за номенклатуру Међународне уније за биохемију и молекуларну биологију (НЦ-ИУБМБ). (2019). Преузето са кмул.ац.ук