KINAZLAR: ÖZELLIKLER, TÜRLER, IŞLEVLER - BIYOLOJI - 2025

Kinaz veya kinazlar moleküllerinin farklı türlerine fosfat gruplarının transferi (PO4-3) katalize sorumludur enzimatik aktivitesine sahip olan proteinlerdir. Canlı organizmalar için transandantal işlevler uyguladıkları doğada son derece yaygın enzimlerdir: metabolizmaya, sinyale ve ayrıca hücresel iletişime katılırlar.

Birden fazla işlevi yerine getirdikleri çok sayıda işlem sayesinde kinazlar, yalnızca biyokimyasal düzeyde değil, aynı zamanda yapısal, genetik ve hücresel düzeyde de en çok çalışılan protein türlerinden biridir.

Bir glikolitik enzim olan Piruvat kinaz (PYK) enziminin yapısının alanları (Kaynak: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com), Wikimedia Commons aracılığıyla)

İnsan genomunun, fosfat grupları için "alıcı" substratları karbonhidratlar, lipitler, nükleositler, proteinler ve diğer organik molekül türleri olabilen kinazlar grubuna ait enzimleri kodlayan en az 500 gene sahip olduğu tespit edilmiştir.

Bu enzimler, fosfotransferazlar (EC 2.7) grubu içinde sınıflandırılır ve genellikle ATP, GTP, CTP ve diğer ilgili olanlar gibi yüksek enerjili bileşiklere fosfat gruplarının "verici" molekülleri olarak kullanılır.

karakteristikleri

Açıklandığı gibi "kinaz" terimi, genellikle ATP'nin terminal fosfat grubunun fosfat grubunun başka bir reseptörüne veya "alıcı" molekülüne transferinden sorumlu olan tüm enzimleri ifade eder.

Bu enzimlerin esasen aynı fosforil grubu transfer reaksiyonunu katalize etmelerine rağmen, aralarında sadece yapı açısından değil, aynı zamanda substratların özgüllüğü ve katıldıkları hücresel yollar açısından da büyük çeşitlilik vardır.

Genel olarak yapısı, aktif bölgeyi oluşturmak için özel olarak katlanan P-katlanmış tabakalardan ve a-sarmallardan oluşur ve söz konusu aktif bölge genellikle aktardıkları fosfat gruplarının negatif yüklerini stabilize eden pozitif yüklü iyonlar (katyonlar) içerir.

Aktif bölgede veya yakınında, substratlar için iki bağlanma sahası vardır: biri ATP veya fosfat grubu verici molekülü için ve biri de fosforile edilecek substrat için.

Bu enzimlerin genel reaksiyonu (fosforilasyon) şu şekilde görülebilir:

ATP + Substrat → ADP + Fosforile Substrat

ATP'nin, substratın kazandığı fosfat grubunu bağışladığı yer.

Türleri

Uluslararası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği (NC-IUBMB) Nomenklatür Komitesi'nin sınıflandırmasına göre, alt gruplara ayrılmış fosfotransferazlar (EC. 2.7, fosfor içeren grupları aktaran enzimler) grubunda kinazlar bulunur, yaklaşık 14 sınıfta (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Bu 14 fosfotransferaz sınıfı arasındaki temel farklar, aktardıkları fosfat grubunun "alıcı" molekülünün kimyasal yapısı (veya molekülün fosfat grubunu alan kısmının doğası) ile ilgilidir.

Bu kategori içinde (fosfotransferaz enzimleri) fosfat gruplarını transfer eden ancak ATP moleküllerini "verici" olarak kullanmayan, bunun yerine inorganik fosfatlar kullanan bazı enzimler de vardır.

Genel olarak bu sınıflar şu şekilde tanımlanmaktadır:

EC 2.7.1: Fosfat grubu alıcısı olarak alkol içeren fosfotransferaz enzimleri

Bu, glikoz, galaktoz, fruktoz, mannoz, glukozamin, riboz ve ribuloz, ksiloz, gliserol gibi karbonhidratların ve bunların türevlerinin fosforilasyonundan sorumlu enzimleri içerdiğinden, birçok organizmanın enerji metabolizması için en önemli gruplardan biridir. piruvat, mevalonat, arabinoz, inositol ve diğerleri.

Bu yaygın enzimlerin örnekleri, ATP formunda enerji üretimi için glikozun oksidasyonundan sorumlu olan glikolitik yola doğrudan katılan hekzokinaz, glukokinaz, fosfofruktokinaz ve piruvat kinazdır.

EC 2.7.2: fosfat grubunun alıcısı olarak bir karboksil grubuna sahip fosfotransferaz enzimleri

Bu kinaz veya fosfotransferaz sınıfı içinde enzimler, fosfat gruplarını, diğerleri arasında asetat, karbamat, aspartat, fosfogliserat gibi karboksil grupları olan moleküllerin kısımlarına aktaran enzimlerdir.

EC 2.7.3:

Metabolik olarak konuşursak, bu enzim grubu da fosfat gruplarının kreatinin, arginin, glutamin, guanidin-asetat vb. Moleküllere transferinden sorumlu oldukları için büyük önem taşımaktadır.

EC 2.7.4: fosfat grubunun alıcısı olarak başka bir fosfat grubuna sahip olan fosfotransferaz enzimleri

Bu grubun enzimlerinin büyük bir kısmı, ATP, GTP, CTP ve diğerleri gibi yüksek enerjili bileşiklerin oluşumunun veya hidrolizinin düzenlenmesinde işlev görür, çünkü bunlar, bu tip moleküller arasında fosfat gruplarının eklenmesi, çıkarılması veya değişiminden sorumludur. veya öncülleri.

Aynı zamanda, fosfat gruplarının, doğası gereği lipid, karbonhidratlar veya bunların türevleri olabilen, önceden fosforile edilmiş diğer moleküllere transferine de katılırlar.

Bu önemli enzimlerin örnekleri, adenilat kinaz, nükleozid fosfat kinaz, nükleosit trifosfat adenilat kinaz, UMP / CMP kinaz ve farnesil fosfat kinaz, vs.'dir.

EC 2.7.6: difosfotransferaz enzimleri

Difosfotransferazlar, iki fosfat grubunun aynı anda aynı substrata transferini katalize eder. Bu enzimlerin örnekleri, pürinlerin metabolizmasında önemli bir enzim olan riboz fosfat difosfokinaz, tiamin difosfokinaz ve GTP difosfokinazdır.

EC 2.7.7: nükleotide özgü fosfotransferazlar (nükleotidil fosfotransferazlar) enzimler

Nükleotidil fosfotransferazlar, diğer proteinlerin ve enzimlerin aktivasyonu ve inaktivasyonunun yanı sıra bazı DNA onarım mekanizmalarında yer alan birçok hücresel sürece katılır.

İşlevi, nükleotitleri, genellikle farklı azotlu bazların monofosfat nükleotitlerini transfer etmektir. Bu enzim sınıfında, diğerleri arasında DNA ve RNA polimerazlar (hem DNA hem de RNA'ya bağımlı), UDP-glikoz 1-fosfat üridiltransferaz bulunur.

EC 2.7.8: ikamelerle fosfat gruplarını aktaran enzimler

Bu sınıf, lipid metabolizması yollarında, özellikle sentezlerinde önemli işlevlere sahiptir. Fosforile moleküllerin (ikameli fosfat grupları) diğer "alıcı" moleküllere aktarılmasından sorumludurlar.

Bu enzim grubunun örnekleri, etanolamin fosfotransferaz, diaçilgliserol kolin fosfotransferaz, sfingomiyelin sentaz, vs.'dir.

EC 2.7.9: eşleştirilmiş reseptörlü fosfotransferaz enzimleri

Bu enzimler, iki farklı alıcı molekülü fosforile etmek için tek bir fosfat grubu donörü (ATP veya ilgili) kullanır. Bu enzimlerin örnekleri piruvat fosfat dikinaz (PPDK) ve fosfoglikan su dikinazdır.

Farklı protein türlerinin amino asit kalıntılarını fosforile eden fosfotransferazlar

EC 2.7.10: protein tirozin kinazlar

Protein-tirosin kinazlar, fosfat gruplarının, farklı tipteki protein alıcılarının polipeptit zincirlerindeki tirozin kalıntılarına spesifik olarak transferini katalize eden enzimlerdir.

EC 2.7.11: protein-serin / treonin kinazlar

Protein tirozin kinazların yaptığı gibi, bu enzim grubu fosfat gruplarının diğer proteinlerdeki serin veya treonin kalıntılarına transferini katalize eder.

Bu proteinlerin bilinen bir örneği, birden çok yola, ancak özellikle lipid metabolizmasına katılan C protein kinazları ailesidir.

Bu gruba ayrıca hücre farklılaşması, büyümesi ve iletişimi için önemli çıkarımlarla birlikte birçok siklik AMP ve siklik GMP'ye bağlı protein kinaz da dahildir.

EC 2.7.12: kinazlar çift spesifiktir (hem serin / treonin hem de tirozin kalıntıları üzerinde etkili olabilirler)

Mitojenle aktive olan protein kinaz kinazlar (MAPKK), diğer protein kinazların serin, treonin veya tirozin kalıntılarını belirsiz bir şekilde fosforile edebilen bu enzim grubunun bir parçasıdır.

Protein-histidin kinazlar (EC 2.7.13) ve protein-arginin kinazlar (EC 2.7.14)

Bazı protein türlerinde fosfat gruplarını histidin ve arginin kalıntılarına transfer edebilen başka protein kinazlar da vardır ve bunlar protein-histidin kinazlar ve protein-arginin kinazlardır.

Diğer sınıflandırma türleri

Farklı yazarlara göre kinazlar, fosfat grubu alıcısı olarak kullandıkları substrat türüne göre daha iyi sınıflandırılabilir.

Diğerleri, bu enzimleri sınıflandırmanın en iyi yolunun, aktif bölgelerinin yapısı ve özelliklerine, yani içindeki iyonların veya belirli moleküllerin konformasyonuna ve varlığına göre olduğunu düşünür.

Substratın tipine bağlı olarak kinazlar, protein kinazlar (diğer proteinleri fosforile eden), lipid kinazlar (lipidleri fosforile eden), karbonhidrat kinazlar (farklı tipte karbonhidratları fosforile eden), nükleosit fosforilazlar (nükleositleri fosforile eden) vb. Olarak sınıflandırılabilir.

Özellikleri

Kinaz grubu enzimleri doğada her yerde bulunur ve tek bir hücre, birden fazla hücresel yol üzerinde reaksiyonları katalize ederek yüzlerce farklı türü barındırabilir.

İşlevleri çok çeşitli olabilir:

- İç ve dış uyaranlara yanıt olarak diğer protein kinazların ardışık fosforilasyonunu (fosforilasyon kaskadları) katalize eden, özellikle protein kinazlar olmak üzere çoklu hücresel sinyalleşme ve iletişim süreçlerine katılırlar.

-Enzimatik aktiviteye sahip bu proteinlerden bazıları, karbonhidrat, lipid, nükleotid, vitamin, kofaktör ve amino asit metabolizmasında merkezi fonksiyonlara sahiptir. Örneğin, glikolizdeki başka hiçbir şey en az 4 kinaz içermez: heksokinaz, fosfofruktokinaz, fosfogliserat kinaz ve piruvat kinaz.

- Sinyal verme fonksiyonları arasında kinazlar, farklı canlı organizma türlerinde gen ekspresyonunun düzenlenmesi, kas kasılması ve antibiyotiklere direnç süreçlerinde yer alır.

-Protein-tirozin kinazlar, çok hücreli metazoanlarda gelişme ve iletişim ile ilgili birçok sinyal iletim yolunun düzenlenmesinde işlevlere sahiptir.

-Proteinlerin fosforilasyon yoluyla modifikasyonu (hücre sinyallemesi dışındaki diğer hücresel bağlamlarda), farklı metabolik süreçlere katılan çok sayıda enzimin aktivitesini düzenlemede önemli bir unsurdur. Bu, birçok kinaza bağımlı siklin proteini tarafından yapılan hücre döngüsü düzenlemesinin örneğidir.

- Lipitleri fosforile edebilen kinazlar, hücre membranlarının yeniden modellenme süreçlerinin yanı sıra yeni membranların sentezi ve oluşumu için gereklidir.

Referanslar

1. Cheek, S., Zhang, H. ve Grishin, NV (2002). Kinazların Sırası ve Yapı Sınıflandırması. Journal of Molecular Biology, 2836 (02), 855–881.
2. Cooper, J. (2018). Encyclopaedia Britannica. Britannica.com'dan alındı
3. Da Silva, G. (2012). Protein Kinazlardaki Gelişmeler. Rijeka, Hırvatistan: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Protein Fosforilasyonuna İlişkin Tarihsel Perspektifler ve Protein Kinazlar için Sınıflandırma Sistemi. Phil. Trans. R. Soc Lond. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). Proteinlerin fosforilasyonu: biyolojik düzenleme için önemli bir mekanizma. Biochemical Society İşlemleri, 13, 813–820.
6. Uluslararası Biyokimya ve Moleküler Biyoloji Birliği (NC-IUBMB) İsimlendirme Komitesi. (2019). Qmul.ac.uk adresinden kurtarıldı