קינאזות: מאפיינים, סוגים, פונקציות - ביולוגיה - 2025

קינאז או קינאזות הם חלבונים עם פעילות אנזימטית אחראי מזרזות העברת קבוצות פוספט (PO4-3) לסוגים שונים של מולקולות. הם אנזימים נפוצים ביותר בטבע, שם הם מבצעים תפקודים טרנסנדנטליים עבור אורגניזמים חיים: הם משתתפים במטבוליזם, באיתות וגם בתקשורת סלולרית.

בזכות המספר הגדול של התהליכים בהם הם ממלאים פונקציות מרובות, קינאזות הם אחד מסוגי החלבונים הנחקרים ביותר, לא רק ברמה הביוכימית, אלא גם ברמה המבנית, הגנטית והתאית.

דומיינים של מבנה האנזים Pyruvate kinase (PYK) אנזים גליקוליטי (מקור: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) באמצעות Wikimedia Commons)

נקבע כי לגנום האנושי לפחות 500 גנים המקודדים לאנזימים השייכים לקבוצת הקינאזים, אשר מצעיהם "המקבלים" לקבוצות פוספטים יכולים להיות פחמימות, ליפידים, נוקלאוזידים, חלבונים וסוגים אחרים של מולקולות אורגניות.

אנזימים אלה מסווגים בקבוצת הפוספוטרנספרזות (EC 2.7), ומשתמשים בדרך כלל כמולקולות "תורמות" של קבוצות פוספט לתרכובות בעלות אנרגיה גבוהה כמו ATP, GTP, CTP וקשורות אחרות.

מאפיינים

המונח "קינאז", כפי שצוין, מתייחס לרוב לכל האנזימים האחראים להעברת קבוצת הפוספט הסופנית של ATP לקולטן אחר או למולקולה "מקבלת" בקבוצת הפוספט.

למרות העובדה כי אנזימים אלו מזרזים למעשה את אותה תגובת העברת זרחן בקבוצה, יש ביניהם גיוון רב, לא רק מבחינת מבנה, אלא גם בספציפיות של מצעים ונתיבי התא בהם הם משתתפים.

באופן כללי, המבנה שלו מורכב מגיליונות מקופלים מסוג β ו- Helices המסייעים להתקפל באופן ספציפי ליצירת האתר הפעיל, והאתר הפעיל האמור מכיל בדרך כלל יוני (מטוסים) חיובים המייצבים את המטענים השליליים של קבוצות הפוספט שהם מעבירים.

באתר הפעיל או בסמוך אליו ישנם שני אתרי קשירה למצעים: אחד ל- ATP או מולקולת התורם של קבוצת הפוספטים ואחד למצעים המיועדים לזרחן.

ניתן לראות את התגובה הכללית של אנזימים אלה (זרחן) כדלקמן:

מצע ATP + מצע ADP + מצע זרחן

שם ATP תורם את קבוצת הפוספטים שהמצע צובר בה.

סוגים

על פי הסיווג של הוועדה למנוחה של האיחוד הבינלאומי לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית (NC-IUBMB), קינאזים נמצאים בקבוצת הפוספוטרנספרזות (EC. 2.7, אנזימים המעבירים קבוצות המכילות זרחן), המחולקת בתת-חלוקה, בתורו, בערך 14 כיתות (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

ההבדלים המהותיים בין 14 קבוצות אלה של פוספוטרנספרסים קשורים לאופי הכימי של מולקולת ה"קולטה "של קבוצת הפוספטים שהם מעבירים (או לאופי החלק של המולקולה שמקבלת את קבוצת הפוספט).

בתוך קטגוריה זו (אנזימי phosphotransferase) ישנם גם כמה אנזימים המעבירים קבוצות פוספט אך אינם משתמשים במולקולות ATP כ"תורם ", אלא משתמשים בפוספטים אורגניים.

באופן כללי, שיעורים אלה מתוארים באופן הבא:

EC 2.7.1: אנזימי Phosphotransferase שיש בהם אלכוהול כמקבוצת קבוצת הפוספטים

זוהי אחת הקבוצות החשובות ביותר למטבוליזם האנרגיה של אורגניזמים רבים, מכיוון שהיא מכילה את האנזימים האחראים לפוספורילציה של פחמימות ונגזרותיהם, כמו גלוקוז, גלקטוז, פרוקטוז, מנווז, גלוקוזמין, ריבוז וריבולוזה, קסילוזה, גליצרול, pyruvate, mevalonate, arabinose, inositol, בקרב רבים אחרים.

דוגמאות לאנזימים שכיחים אלה הם הקסוקינאז, גלוקוקינאז, פוספרופוקטוקינאז ופירובאט קינאז, המעורבים ישירות במסלול הגליקוליטי האחראי על חמצון הגלוקוז לייצור אנרגיה בצורה של ATP.

EC 2.7.2: אנזימים של פוטוספרנספרזז ​​עם קבוצת קרבוקסיל כמקבל את קבוצת הפוספט

בתוך סוג זה של אנזימים קינאז או פוטוספרנספרז הם אנזימים המעבירים קבוצות פוספטים למנות של מולקולות עם קבוצות קרבוקסיל, כמו אצטט, קרבמט, אספרטט, פוספוגליצרט, בין היתר.

EC 2.7.3:

מבחינה מטבולית, לקבוצה זו של אנזימים חשיבות רבה גם מכיוון שהם אחראים להעברת קבוצות פוספט למולקולות כמו קריאטינין, ארגינין, גלוטמין, גואנידין-אצטט וכו '.

EC 2.7.4: אנזימים של פוטוספרנספרז שיש להם קבוצת פוספט אחרת כמקבל את קבוצת הפוספט

חלק גדול מהאנזימים בקבוצה זו מתפקדים בוויסות היווצרות או הידרוליזה של תרכובות אנרגיות גבוהות כמו ATP, GTP, CTP ואחרים, מכיוון שהם אחראים לתוספת, הסרה או החלפה של קבוצות פוספטים בין סוגים אלו של מולקולות. או קודמיו.

הם משתתפים גם בהעברת קבוצות פוספט למולקולות אחרות שהוגדרו בעבר זרחן, שיכולות להיות ליפידים באופיים, פחמימות או נגזרות מהן.

דוגמאות לאנזימים חשובים אלה הם אדנילט קינאז, נוקלעוזיד פוספט קינאז, נוקלאוזיד טריפוספט אדנילט קינאזה, UMP / CMP קינאז ופרנסיל פוספט קינאז וכו '.

EC 2.7.6: אנזימי דיפוספטרנספרז

דיפוספוטרנספרסים מזרזים את העברת שתי קבוצות פוספט בו זמנית לאותו מצע. דוגמאות לאנזימים אלה הם דיפוספוקינאז ריבוז-פוספט, דיאמין-דיפוספוקינאז, ו- די-פוספוקינאז GTP, שהוא אנזים חשוב במטבוליזם של פורינים.

EC 2.7.7: אנזימים פוספוטרנספרסים ספציפיים לנוקלאוטידים (נוקליאוטידיל פוספוטרנספרסים)

פוספוטרנספרזות Nucleotidyl משתתפות בתהליכים סלולריים רבים המעורבים בהפעלה והפעלה של חלבונים ואנזימים אחרים, כמו גם בכמה מנגנוני תיקון DNA.

תפקידו להעביר נוקליאוטידים, לרוב נוקליאוטידים מונופוספטים של בסיסים חנקניים שונים. בכיתה זו של אנזימים הם DNA ו- RNA פולימראזים (גם DNA וגם RNA תלויים), UDP- גלוקוז 1-פוספט uridyltransferase, בין היתר.

EC 2.7.8: אנזימים המעבירים קבוצות פוספטים עם תחליפים

לשיעור זה תפקידים משמעותיים במסלולי חילוף החומרים של השומנים, במיוחד הסינתזה שלהם. הם אחראים להעברת מולקולות זרחן (קבוצות פוספט עם תחליפים) למולקולות "מקובלות" אחרות.

דוגמאות לקבוצה זו של אנזימים הם אתנולמין פוספוטרנספרז, דיאקיל-גליצרול כולין פוספוטרנספרז, ספינגומילין סינטאז וכו '.

EC 2.7.9: אנזימים של פוטוספרנספרזז ​​עם קולטנים זוגיים

אנזימים אלה משתמשים בתורם של קבוצת פוספטים יחידה (ATP או קשורים) כדי לזרחן שתי מולקולות קבלה שונות. דוגמאות לאנזימים אלו הם פירובט פוספט דיקינאז (PPDK) ודיקינז מים פוספוגליקנים.

Phosphotransferases כי זרחן חומצות אמינו זרחן של סוגים שונים של חלבונים

EC 2.7.10: טירוזין קינאזות חלבון

חלבונים-טירוזין קינאזים הם אנזימים המזרזים את העברת קבוצות הפוספט באופן ספציפי לשאריות טירוזין בשרשראות פוליפפטיד מסוגים שונים של מקבלי חלבון.

EC 2.7.11: חלבונים-סרין / טרונין קינאזות

כפי שעושה טירוזין קינאזות חלבון, קבוצה זו של אנזימים מזרזת את העברתן של קבוצות פוספט לשאריות סרין או טרונין בחלבונים אחרים.

דוגמה ידועה לחלבונים אלה היא משפחת הקינאזות החלבוניות C שמשתתפות במספר דרכים, אך בעיקר במטבוליזם של השומנים.

כמו כן, כלולים בקבוצה זו AMP מחזורי AMP ומחזורים תלויים GMP מחזורי רבים, עם השלכות חשובות על בידול התא, צמיחה ותקשורת.

EC 2.7.12: קינאזות הם ספציפיים כפולים (הם יכולים לפעול גם על שאריות סריין / טרונין וגם טירוזין)

קינאזות קינאזות קינאזות (MAPKK) המופעלות על ידי מיטוגן הינן חלק מקבוצה זו של אנזימים המסוגלים להחלף זרזות סרין, טרונין או טירוזין לסינון חלבוני אחר.

חלבונים-היסטידין קינאזות (EC 2.7.13) וקינאזות חלבון-ארגינין (EC 2.7.14)

ישנם קינאזות חלבון אחרות המסוגלות להעביר קבוצות פוספט לשקעי היסטידין וארגינין בסוגים מסוימים של חלבונים ואלו הם החלבונים-היסטידין קינאזים והחלבונים-ארגינין קינאזות.

צורות סיווג אחרות

לדברי מחברים שונים, ניתן לסווג kinases טוב יותר לפי סוג המצע בו הם משתמשים כקבוצת פוספטים.

אחרים רואים כי הדרך הטובה ביותר לסווג אנזימים אלו היא על פי המבנה והתכונות של האתר הפעיל שלהם, כלומר על פי הקונפורמציה והנוכחות של יונים או מולקולות מסוימות בו.

בהתאם לסוג המצע, ניתן לסווג קינאזות כקינאזות חלבון (המזרקות חלבונים אחרים), ליפידים קינזות (אשר ליפידים זרחניים), קינאזות פחמימות (אשר מזרקות את הפחמימות מסוגים שונים), נוקלאוזיד פוספורילזות (שמזרחות נוקלעוזידים) וכו '.

מאפיינים

אנזימים בקבוצת קינאז הם בעלי אופי רב-תכליתי ותא בודד יכול לארח מאות סוגים שונים, ומזרז את התגובות במספר נתיבים סלולריים.

הפונקציות שלה יכולות להיות מגוונות מאוד:

הם משתתפים בתהליכי איתות ותקשורת מרובים בתא, ובמיוחד קינאזות חלבון, אשר מזרזים את הזרחן המשך של קינאזות חלבון אחרות (מפל זרחן) בתגובה לגירויים פנימיים וחיצוניים.

-כמה מחלבונים אלה עם פעילות אנזימטית הם בעלי תפקידים מרכזיים במטבוליזם של פחמימות, ליפידים, נוקלאוטידים, ויטמינים, קופקטורים וחומצות אמינו. לדוגמא, שום דבר אחר הגליקוליזה אינו כולל לפחות 4 קינאזים: הקסוקינאז, פוספרופוקטוקינאז, פוספוגליצרט קינאז ופירוב קינא.

לאורך פונקציות האיתות, קינאזות מעורבות בתהליכי ויסות ביטוי הגנים, בהתכווצות שרירים ובעמידות לאנטיביוטיקה בסוגים שונים של יצורים חיים.

לחלבונים-טירוזין קינאזות יש פונקציות בוויסות של מסלולי הולכת אות רבים הקשורים להתפתחות ולתקשורת במטאואנים רב תאיים.

-שינוי חלבונים על ידי זרחן (בהקשרים תאיים אחרים שאינם איתות תאים) הוא מרכיב חשוב בוויסות הפעילות של מספר רב של אנזימים המשתתפים בתהליכים מטבוליים שונים. כזה הוא הדוגמה לוויסות מחזור תאים על ידי חלבוני סייקללין רבים תלויים בקינאז.

-קינזים המסוגלים להפיץ ליפידים הם חיוניים לתהליכי שיפוץ ממברנות התא, כמו גם לסינתזה והיווצרות ממברנות חדשות.

הפניות

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). סיווג רצף ומבנה קינאזות. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. קופר, ג '(2018). אנציקלופדיה בריטניקה. נשלח מ- britannica.com
3. דה סילבה, ג '(2012). ההתקדמות בקינאזות חלבון. רייקה, קרואטיה: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). נקודות מבט היסטוריות על זרחן חלבון ומערכת סיווג לקינאזות חלבון. פיל. עָבָר. ר. ס. לונד. ב ', 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). זרחן חלבונים: מנגנון עיקרי לוויסות ביולוגי. עסקאות בחברה ביוכימית, 13, 813–820.
6. ועדת המינוקים של האיחוד הבינלאומי לביוכימיה וביולוגיה מולקולרית (NC-IUBMB). (2019). נשלח מ- qmul.ac.uk