KINASE: CIRI, JENIS, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The kinase atau kinases adalah protein dengan aktiviti enzim yang bertanggungjawab untuk pemangkin pemindahan kumpulan fosfat (PO4-3) kepada pelbagai jenis molekul. Mereka adalah enzim yang sangat umum di alam, di mana mereka melakukan fungsi transendental untuk organisma hidup: mereka mengambil bahagian dalam metabolisme, dalam memberi isyarat dan juga dalam komunikasi selular.

Terima kasih kepada sebilangan besar proses di mana mereka memenuhi pelbagai fungsi, kinase adalah salah satu jenis protein yang paling banyak dikaji, tidak hanya pada tahap biokimia, tetapi juga pada tahap struktur, genetik dan sel.

Domain struktur enzim Pyruvate kinase (PYK) enzim glikolitik (Sumber: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) melalui Wikimedia Commons)

Telah ditentukan bahawa genom manusia mempunyai sekurang-kurangnya 500 gen yang memberi kod untuk enzim yang tergolong dalam kumpulan kinase, yang substrat "akseptornya" untuk kumpulan fosfat dapat berupa karbohidrat, lipid, nukleosida, protein dan molekul organik jenis lain.

Enzim ini dikelaskan dalam kumpulan fosfotransferase (EC 2.7), dan biasanya digunakan sebagai molekul "penderma" kumpulan fosfat kepada sebatian bertenaga tinggi seperti ATP, GTP, CTP dan lain-lain yang berkaitan.

ciri

Istilah "kinase", seperti yang telah dikomentari, biasanya merujuk kepada semua enzim yang bertanggung jawab untuk pemindahan kumpulan fosfat terminal ATP ke molekul reseptor atau "penerima" lain dari kumpulan fosfat.

Walaupun hakikat bahawa enzim ini memangkin reaksi pemindahan kumpulan fosforil yang sama, terdapat kepelbagaian yang besar di antara mereka, bukan sahaja dari segi struktur, tetapi juga kekhususan substrat dan jalur selular di mana mereka mengambil bahagian.

Secara amnya, strukturnya terdiri daripada kepingan β-lipat dan heliks α yang dilipat secara khusus untuk membentuk tapak aktif, dan laman aktif tersebut biasanya mengandungi ion bermuatan positif (kation) yang menstabilkan muatan negatif kumpulan fosfat yang mereka pindahkan.

Di atau berhampiran tapak aktif terdapat dua laman web pengikat untuk substrat: satu untuk ATP atau molekul penderma kumpulan fosfat dan satu untuk substrat untuk difosforilasi.

Reaksi umum enzim ini (fosforilasi) dapat dilihat seperti berikut:

Substrat ATP + → Substrat Fosforilasi ADP +

Di mana ATP menyumbangkan kumpulan fosfat yang diperolehi oleh substrat.

Jenis-Jenis

Menurut klasifikasi Jawatankuasa Nomenklatur Kesatuan Antarabangsa Biokimia dan Biologi Molekul (NC-IUBMB), kinase dijumpai dalam kumpulan fosfotransferase (EC. 2.7, enzim yang memindahkan kumpulan yang mengandungi fosforus), yang dibahagikan, pada gilirannya, dalam sekitar 14 kelas (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Perbezaan asas antara 14 kelas fosfotransferase ini berkaitan dengan sifat kimia molekul "akseptor" kumpulan fosfat yang mereka pindahkan (atau sifat bahagian molekul yang menerima kumpulan fosfat).

Dalam kategori ini (enzim phosphotransferase) terdapat juga beberapa enzim yang memindahkan kumpulan fosfat tetapi tidak menggunakan molekul ATP sebagai "penderma", sebaliknya menggunakan fosfat anorganik.

Secara amnya, kelas-kelas ini dijelaskan sebagai berikut:

EC 2.7.1: Enzim fosfotransferase yang mempunyai alkohol sebagai kumpulan penerima fosfat

Ini adalah salah satu kumpulan yang paling penting untuk metabolisme tenaga banyak organisma, kerana mengandungi enzim yang bertanggungjawab untuk fosforilasi karbohidrat dan turunannya, seperti glukosa, galaktosa, fruktosa, mannose, glukosamin, ribosa dan ribulosa, xilosa, gliserol, piruvat, mevalonate, arabinose, inositol, antara lain.

Contoh enzim biasa ini adalah heksokinase, glukokinase, fosfofruktokinase dan piruvat kinase, yang terlibat secara langsung dalam jalur glikolitik yang bertanggungjawab untuk pengoksidaan glukosa untuk penghasilan tenaga dalam bentuk ATP.

EC 2.7.2: enzim fosfotransferase yang mempunyai kumpulan karboksil sebagai penerima kumpulan fosfat

Dalam kelas ini enzim kinase atau phosphotransferase adalah enzim yang memindahkan kumpulan fosfat ke bahagian molekul dengan kumpulan karboksil, seperti asetat, karbamat, aspartat, fosfogliserat, antara lain.

EC 2.7.3:

Secara metabolik, kumpulan enzim ini juga sangat penting, kerana mereka bertanggungjawab untuk memindahkan kumpulan fosfat ke molekul seperti kreatinin, arginin, glutamin, guanidine-asetat, dll.

EC 2.7.4: enzim phosphotransferase yang mempunyai kumpulan fosfat lain sebagai penerima kumpulan fosfat

Sebahagian besar enzim kumpulan ini berfungsi dalam pengaturan pembentukan atau hidrolisis sebatian bertenaga tinggi seperti ATP, GTP, CTP dan lain-lain, kerana mereka bertanggungjawab untuk penambahan, penyingkiran atau pertukaran kumpulan fosfat antara jenis molekul ini. atau pendahulunya.

Mereka juga mengambil bahagian dalam pemindahan kumpulan fosfat ke molekul fosforilasi lain yang sebelumnya, yang boleh bersifat lipid, karbohidrat atau turunannya.

Contoh enzim penting ini adalah adenylate kinase, nukleosida fosfat kinase, nukleosida trifosfat adenylate kinase, UMP / CMP kinase dan farnesyl fosfat kinase, dll.

EC 2.7.6: enzim diphosphotransferase

Diphosphotransferases memangkinkan pemindahan dua kumpulan fosfat secara serentak ke substrat yang sama. Contoh enzim ini ialah ribos fosfat diphosphokinase, tiamin diphosphokinase, dan GTP diphosphokinase, yang merupakan enzim penting dalam metabolisme purin.

EC 2.7.7: enzim fosfotransferase nukleotida (nukleotidil fosfotransferase)

Nukleotidil fosfotransferase berpartisipasi dalam banyak proses selular yang terlibat dalam pengaktifan dan ketidakaktifan protein dan enzim lain, serta dalam beberapa mekanisme pembaikan DNA.

Fungsinya adalah untuk memindahkan nukleotida, biasanya nukleotida monofosfat dari asas nitrogen yang berbeza. Dalam kelas enzim ini adalah DNA dan RNA polimerase (bergantung kepada DNA dan RNA), UDP-glukosa 1-fosfat uridyltransferase, antara lain.

EC 2.7.8: enzim memindahkan kumpulan fosfat dengan penggantian

Kelas ini mempunyai fungsi yang signifikan dalam jalur metabolisme lipid, terutama sintesisnya. Mereka bertanggungjawab untuk pemindahan molekul fosforilasi (kumpulan fosfat dengan penggantian) ke molekul "akseptor" yang lain.

Contoh kumpulan enzim ini ialah ethanolamine phosphotransferase, diacylglycerol choline phosphotransferase, sphingomyelin synthase, dll.

EC 2.7.9: enzim fosfotransferase dengan reseptor berpasangan

Enzim ini menggunakan penderma kumpulan fosfat tunggal (ATP atau yang berkaitan) untuk fosforilasi dua molekul akseptor yang berbeza. Contoh enzim ini ialah piruvat fosfat dikinase (PPDK) dan fosfogliscan air dikinase.

Phosphotransferases bahawa residu asid amino fosforilat dari pelbagai jenis protein

EC 2.7.10: protein tirosin kinase

Protein-tirosin kinase adalah enzim yang menjadi pemangkin kepada pemindahan kumpulan fosfat secara khusus ke residu tirosin dalam rantai polipeptida pelbagai jenis akseptor protein.

EC 2.7.11: protein-serine / threonine kinases

Seperti protein tyrosine kinases, kumpulan enzim ini memangkin pemindahan kumpulan fosfat ke residu serine atau threonine dalam protein lain.

Contoh protein yang diketahui ialah keluarga protein kinase C, yang berpartisipasi dalam pelbagai jalur, tetapi terutama dalam metabolisme lipid.

Juga termasuk dalam kumpulan ini banyak kinase protein yang bergantung pada AMP dan GMP siklik, dengan implikasi penting untuk pembezaan, pertumbuhan, dan komunikasi sel.

EC 2.7.12: kinase adalah dua spesifik (mereka boleh bertindak pada kedua-dua residu serine / threonine dan tirosin)

Kinase protein yang diaktifkan mitogen (MAPKK) adalah sebahagian daripada kumpulan enzim ini yang mampu menetap residu serin, threonin atau tirosin fosforilasi protein kinase lain.

Protein-histidine kinases (EC 2.7.13) dan protein-arginine kinases (EC 2.7.14)

Terdapat protein kinase lain yang mampu memindahkan kumpulan fosfat ke residu histidin dan arginin dalam beberapa jenis protein dan ini adalah protein-histidin kinases dan protein-arginine kinases.

Bentuk klasifikasi lain

Menurut pengarang yang berbeza, kinase dapat diklasifikasikan dengan lebih baik mengikut jenis substrat yang mereka gunakan sebagai akseptor kumpulan fosfat.

Yang lain menganggap bahawa cara terbaik untuk mengklasifikasikan enzim ini adalah mengikut struktur dan ciri-ciri tapak aktifnya, iaitu, mengikut kesesuaian dan kehadiran ion atau molekul tertentu di dalamnya.

Bergantung pada jenis substrat, kinase boleh diklasifikasikan sebagai protein kinase (yang fosforilasi protein lain), lipid kinases (yang fosforilat lipid), karbohidrat kinase (yang fosforilasi pelbagai jenis karbohidrat), nukleosida fosforilase (yang nukleosida fosforilat), dll.

ciri-ciri

Enzim kumpulan kinase terdapat di mana-mana dan sel tunggal dapat menampung beratus-ratus jenis yang berbeza, yang bertindak sebagai pemangkin reaksi pada beberapa jalur selular.

Fungsinya boleh sangat berbeza:

-Mereka berpartisipasi dalam beberapa proses isyarat dan komunikasi selular, terutamanya protein kinase, yang menjadi pemangkin fosforilasi berturut-turut kinase protein lain (lata fosforilasi) sebagai tindak balas terhadap rangsangan dalaman dan luaran.

-Beberapa protein ini dengan aktiviti enzimatik mempunyai fungsi pusat dalam metabolisme karbohidrat, lipid, nukleotida, vitamin, kofaktor dan asid amino. Sebagai contoh, tidak ada yang lain dalam glikolisis yang melibatkan sekurang-kurangnya 4 kinase: hexokinase, phosphofructokinase, phosphoglycerate kinase, dan piruvate kinase.

- Di antara fungsi pemberian isyarat, kinase terlibat dalam proses pengaturan ekspresi gen, pengecutan otot, dan ketahanan terhadap antibiotik pada berbagai jenis organisma hidup.

-Protein-tirosin kinase mempunyai fungsi dalam pengaturan banyak jalur transduksi isyarat yang berkaitan dengan pengembangan dan komunikasi dalam metazoa multisel.

-Pengubahsuaian protein dengan fosforilasi (dalam konteks sel lain selain daripada isyarat sel) adalah elemen penting dalam mengatur aktiviti sebilangan besar enzim yang berpartisipasi dalam proses metabolik yang berbeza. Itulah contoh peraturan kitaran sel oleh banyak protein siklin yang bergantung pada kinase.

-Kinase yang mampu mengfosforilasi lipid sangat penting untuk proses pembentukan semula membran sel, serta untuk sintesis dan pembentukan membran baru.

Rujukan

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Urutan dan Klasifikasi Struktur Kinase. Jurnal Biologi Molekul, 2836 (02), 855–881.
2. Cooper, J. (2018). Ensiklopedia Britannica. Diperolehi dari britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Kemajuan dalam Protein Kinases. Rijeka, Croatia: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Perspektif Sejarah Protein Fosforilasi dan Sistem Klasifikasi untuk Protein Kinases. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). Fosforilasi protein: mekanisme utama untuk peraturan biologi. Transaksi Masyarakat Biokimia, 13, 813-820.
6. Jawatankuasa Tatanama Kesatuan Antarabangsa Biokimia dan Biologi Molekul (NC-IUBMB). (2019). Diperolehi dari qmul.ac.uk