KINAASIT: OMINAISUUDET, TYYPIT, TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Kinaasin tai kinaasit ovat proteiineja, joilla on entsymaattinen aktiivisuus, jotka ovat vastuussa katalysoimaan fosfaatin siirtoa ryhmien (PO4-3) ja erilaisia molekyylejä. Ne ovat luonteeltaan erittäin yleisiä entsyymejä, joissa ne suorittavat elävien organismien transsendenttisiä toimintoja: osallistuvat aineenvaihduntaan, signalointiin ja myös solujen väliseen viestintään.

Lukuisten prosessien, joissa ne suorittavat useita toimintoja, ansiosta kinaasit ovat yksi tutkituimmista proteiinityypeistä paitsi biokemiallisella tasolla myös rakenteellisella, geneettisellä ja solutasolla.

Entsyymin Pyruvate kinaasi (PYK) ja glykolyyttisen entsyymin rakenteen alueet (Lähde: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) Wikimedia Commonsin kautta)

On määritetty, että ihmisen genomissa on ainakin 500 geeniä, jotka koodaavat kinaasiryhmään kuuluvia entsyymejä, joiden fosfaattiryhmien "vastaanottaja" substraatit voivat olla hiilihydraatit, lipidit, nukleosidit, proteiinit ja muun tyyppiset orgaaniset molekyylit.

Nämä entsyymit luokitellaan fosfotransferaasien ryhmään (EC 2.7), ja niitä käytetään yleensä "luovuttajina" fosfaattiryhmiä suurienergisille yhdisteille, kuten ATP, GTP, CTP ja muille sukulaisille.

ominaisuudet

Termi "kinaasi", kuten on kommentoitu, viittaa yleisesti kaikkiin entsyymeihin, jotka ovat vastuussa ATP: n terminaalisen fosfaattiryhmän siirrosta toiseen fosfaattiryhmän reseptoriin tai "vastaanottaja" -molekyyliin.

Huolimatta siitä, että nämä entsyymit katalysoivat olennaisesti samaa fosforyyliryhmien siirtoreaktiota, niiden välillä on suuri monimuotoisuus, ei vain rakenteen suhteen, vaan myös substraattien spesifisyydestä ja solureiteistä, joihin ne osallistuvat.

Yleensä sen rakenne koostuu β-taitettuista levyistä ja a-helikeseistä, jotka taittuvat spesifisesti aktiivisen kohdan muodostamiseksi, ja mainittu aktiivinen kohta sisältää yleensä positiivisesti varautuneita ioneja (kationeja), jotka stabiloivat niiden siirtämien fosfaattiryhmien negatiiviset varaukset.

Aktiivisessa kohdassa tai sen lähellä on kaksi sitoutumiskohtaa substraateille: yksi ATP: lle tai fosfaattiryhmän luovuttajamolekyylille ja toinen fosforyloitavalle substraatille.

Näiden entsyymien yleinen reaktio (fosforylaatio) voidaan nähdä seuraavasti:

ATP + -alusta → ADP + fosforyloitu alusta

Missä ATP lahjoittaa fosfaattiryhmän, jonka substraatti saa.

Tyypit

Kansainvälisen biokemian ja molekyylibiologian liiton (NC-IUBMB) nimikkeistökomitean luokituksen mukaan kinaaseja löytyy fosfotransferaasien ryhmästä (EC. 2.7, entsyymit, jotka siirtävät fosforipitoisia ryhmiä), joka on jaoteltu alajakautuvasti, vuorostaan ​​noin 14 luokassa (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Perusteelliset erot näiden 14 fosfotransferaasiluokan välillä liittyvät fosfaattiryhmän "vastaanottaja" -molekyylin kemialliseen luonteeseen, jonka ne siirtävät (tai sen molekyylin osan luonteeseen, joka vastaanottaa fosfaattiryhmän).

Tässä kategoriassa (fosfotransferaasientsyymit) on myös joitain entsyymejä, jotka siirtävät fosfaattiryhmiä, mutta eivät käytä ATP-molekyylejä "luovuttajana", vaan käyttävät sen sijaan epäorgaanisia fosfaatteja.

Yleisesti ottaen nämä luokat kuvataan seuraavasti:

EC 2.7.1: Fosfotransferaasientsyymit, joissa fosfaattiryhmän vastaanottajana on alkoholi

Tämä on yksi tärkeimmistä ryhmistä monien organismien energia-aineenvaihdunnassa, koska se sisältää entsyymejä, jotka vastaavat hiilihydraattien ja niiden johdannaisten fosforyloimisesta, kuten glukoosi, galaktoosi, fruktoosi, mannoosi, glukosamiini, riboosi ja ribuloosi, ksyloosi, glyseroli, pyruvaatti, mevalonaatti, arabinoosi, inositoli, monien muiden joukossa.

Esimerkkejä näistä yleisistä entsyymeistä ovat heksokinaasi, glukokinaasi, fosfofruktokinaasi ja pyruvaatti-kinaasi, jotka ovat suoraan mukana glykolyyttisessä reitissä, joka vastaa glukoosin hapettumisesta energian tuottamiseksi ATP: n muodossa.

EC 2.7.2: fosfotransferaasientsyymit, joissa karboksyyliryhmä on fosfaattiryhmän vastaanottaja

Tämän kinaasi- tai fosfotransferaasiluokan sisällä ovat entsyymit, jotka siirtävät fosfaattiryhmiä molekyylin osiin, joissa on muun muassa karboksyyliryhmiä, kuten asetaatti, karbamaatti, aspartaatti, fosfoglyseraatti.

EC 2.7.3:

Metabolisesti ottaen tällä entsyymiryhmällä on myös suuri merkitys, koska ne ovat vastuussa fosfaattiryhmien siirtymisestä molekyyleihin, kuten kreatiniini, arginiini, glutamiini, guanidiiniasetaatti jne.

EC 2.7.4: fosfotransferaasientsyymit, joilla on toinen fosfaattiryhmä fosfaattiryhmän vastaanottajana

Suuri osa tämän ryhmän entsyymeistä toimii säätelemällä korkeaenergisten yhdisteiden, kuten ATP: n, GTP: n, CTP: n ja muiden, muodostumista tai hydrolyysiä, koska ne ovat vastuussa fosfaattiryhmien lisäämisestä, poistamisesta tai vaihdosta tämän tyyppisten molekyylien välillä. tai sen edeltäjät.

Ne osallistuvat myös fosfaattiryhmien siirtoon muihin aiemmin fosforyloituihin molekyyleihin, jotka voivat olla luonteeltaan lipidejä, hiilihydraatteja tai niiden johdannaisia.

Esimerkkejä näistä tärkeistä entsyymeistä ovat adenylaattikinaasi, nukleosidifosfaattikinaasi, nukleosiditrifosfaattidenylaattikinaasi, UMP / CMP-kinaasi ja farnesyylifosfaattikinaasi jne.

EC 2.7.6: difosfotransferaasientsyymit

Difosfotransferaasit katalysoivat kahden fosfaattiryhmän siirtymistä samanaikaisesti samaan substraattiin. Esimerkkejä näistä entsyymeistä ovat riboosifosfaattidifosfokinaasi, tiamiinidifosfokinaasi ja GTP-difosfokinaasi, joka on tärkeä entsyymi puriinien metaboliassa.

EC 2.7.7: nukleotidispesifiset fosfotransferaasien (nukleotidyylifosfotransferaasien) entsyymit

Nukleotidyylifosfotransferaasit osallistuvat moniin soluprosesseihin, jotka liittyvät muiden proteiinien ja entsyymien aktivointiin ja inaktivointiin, samoin kuin joihinkin DNA: n korjausmekanismeihin.

Sen tehtävänä on siirtää nukleotideja, yleensä monien typpipitoisten emästen monofosfaattinukleotideja. Tässä entsyymiluokassa ovat muun muassa DNA- ja RNA-polymeraasit (sekä DNA: sta että RNA: sta riippuvat), UDP-glukoosi-1-fosfaatti-uridyylitransferaasi.

EC 2.7.8: entsyymit, jotka siirtävät fosfaattiryhmiä substituutioilla

Tällä luokalla on merkittäviä toimintoja lipidien metabolian reiteissä, erityisesti niiden synteesissä. Ne ovat vastuussa fosforyloituneiden molekyylien (fosfaattiryhmät, joissa on substituutiot) siirtymisestä muihin "vastaanottaja" -molekyyleihin.

Esimerkkejä tästä entsyymiryhmästä ovat etanoliamiinifosfotransferaasi, diasyyliglyserolkoliinifosfotransferaasi, sfingomyeliinisyntaasi jne.

EC 2.7.9: fosfotransferaasientsyymit parireseptoreiden kanssa

Nämä entsyymit käyttävät yhtä fosfaattiryhmän luovuttajaa (ATP tai sukulainen) fosforyloimaan kaksi erilaista vastaanottajamolekyyliä. Esimerkkejä näistä entsyymeistä ovat pyruvaattifosfaattinikinaasi (PPDK) ja fosfoglykaani-vesidikinaasi.

Fosfotransferaasit, jotka fosforyloivat erityyppisten proteiinien aminohappotähteet

EC 2.7.10: proteiinityrosiinikinaasit

Proteiinityrosiinikinaasit ovat entsyymejä, jotka katalysoivat fosfaattiryhmien siirtymistä spesifisesti tyrosiinitähteisiin erityyppisten proteiiniaseptoreiden polypeptidiketjuissa.

EC 2.7.11: proteiini-seriini / treoniinikinaasit

Kuten proteiinityrosiinikinaasit tekevät, tämä entsyymiryhmä katalysoi fosfaattiryhmien siirtymistä muiden proteiinien seriini- tai treoniinitähteisiin.

Tunnettu esimerkki näistä proteiineista on proteiinikinaasien C perhe, jotka osallistuvat moniin reitteihin, mutta erityisesti lipidimetaboliaan.

Tähän ryhmään kuuluvat myös monet sykliset AMP ja sykliset GMP: stä riippuvat proteiinikinaasit, joilla on tärkeitä vaikutuksia solujen erilaistumiseen, kasvuun ja viestintään.

EC 2.7.12: kinaasit ovat kaksispesifisiä (ne voivat toimia sekä seriini- / treoniini- että tyrosiinitähteissä)

Mitogeeni-aktivoidut proteiinikinaasikinaasit (MAPKK) ovat osa tätä entsyymiryhmää, jotka kykenevät fosforyloimaan epäselvästi muiden proteiinikinaasien seriini-, treoniini- tai tyrosiinitähteitä.

Proteiini-histidiinikinaasit (EC 2.7.13) ja proteiini-arginiinikinaasit (EC 2.7.14)

On olemassa muitakin proteiinikinaaseja, jotka kykenevät siirtämään fosfaattiryhmiä histidiini- ja arginiinitähteiksi tietyntyyppisissä proteiineissa, ja nämä ovat proteiini-histidiinikinaasit ja proteiini-arginiinikinaasit.

Muut luokittelumuodot

Eri kirjoittajien mukaan kinaasit voidaan luokitella paremmin substraattityypin mukaan, jota ne käyttävät fosfaattiryhmän vastaanottajana.

Toiset katsovat, että paras tapa luokitella nämä entsyymit on niiden aktiivisen paikan rakenteen ja ominaisuuksien perusteella, toisin sanoen konformaatio ja ionien tai tiettyjen molekyylien läsnäolo siinä.

Substraatin tyypistä riippuen kinaasit voidaan luokitella proteiinikinaaseiksi (jotka fosforyloivat muut proteiinit), lipidikinaaseiksi (jotka fosforyloivat lipidejä), hiilihydraattikinaaseiksi (jotka fosforyloivat erityyppisiä hiilihydraatteja), nukleosidifosforylaaseiksi (jotka fosforyloivat nukleosidit) jne.

ominaisuudet

Kinaasiryhmän entsyymit ovat luonteeltaan kaikkialla maailmassa ja yksi solu voi isännöidä satoja erityyppisiä tyyppejä katalysoiden reaktioita monilla solupoluilla.

Sen toiminnot voivat olla hyvin erilaisia:

-Ne osallistuvat useisiin solujen signalointi- ja viestintäprosesseihin, erityisesti proteiinikinaaseihin, jotka katalysoivat muiden proteiinikinaasien (fosforylaatiokaskadesit) peräkkäistä fosforylaatiota vasteena sisäisiin ja ulkoisiin ärsykkeisiin.

- Joillakin näistä proteiineista, joilla on entsymaattista aktiivisuutta, on keskeiset toiminnot hiilihydraattien, lipidien, nukleotidien, vitamiinien, kofaktorien ja aminohappojen metaboliassa. Esimerkiksi mikään muu glykolyysi ei sisällä ainakaan 4 kinaasia: heksokinaasia, fosfofruktokinaasia, fosfoglyseraattikinaasia ja pyruvaattikinaasia.

- Signalointitoimintojen yhteydessä kinaasit osallistuvat geenien ilmentymisen säätelyprosesseihin, lihaksen supistumiseen ja erityyppisten elävien organismien antibioottiresistenssiin.

-Proteiinityrosiinikinaaseilla on toimintoja monien solujen metatsoaanien kehitykseen ja kommunikointiin liittyvien signaalinsiirtoreittien säätelyssä.

- Proteiinien modifiointi fosforylaatiolla (muissa solujen yhteydessä kuin solun signalointi) on tärkeä tekijä monien erilaisissa metaboliaprosesseissa osallistuvien entsyymien aktiivisuuden säätelemisessä. Tällainen on esimerkki monien kinaasiriippuvaisten sykliiniproteiinien solusyklin säätelystä.

-Kinaasit, jotka kykenevät fosforyloimaan lipidejä, ovat välttämättömiä solukalvojen uudelleenmuodostusprosesseissa, samoin kuin uusien membraanien synteesissä ja muodostumisessa.

Viitteet

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Kinaasien sekvenssi- ja rakenneluokitus. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855 - 881.
2. Cooper, J. (2018). Encyclopaedia Britannica. Haettu osoitteesta britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Edistys proteiinikinaaseissa. Rijeka, Kroatia: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Proteiinifosforylaation historialliset näkökulmat ja proteiinikinaasien luokittelujärjestelmä. Fil. Trans. R. Soc. Lond. B, 302, 3 - 11.
5. Krebs, E. (1985). Proteiinien fosforylaatio: tärkeä mekanismi biologiselle säätelylle. Biochemical Society Transactions, 13, 813–820.
6. Kansainvälisen biokemian ja molekyylibiologian liiton (NC-IUBMB) nimikkeistökomitea. (2019). Haettu osoitteesta qmul.ac.uk