KINASES: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI, CHỨC NĂNG - SINH HỌC

Các kinase hoặc kinase là các protein có hoạt tính enzyme chịu trách nhiệm đối với xúc tác chuyển nhóm phosphate (PO4-3) với các loại khác nhau của các phân tử. Chúng là những enzym cực kỳ phổ biến trong tự nhiên, nơi chúng thực hiện các chức năng siêu việt cho cơ thể sống: chúng tham gia vào quá trình trao đổi chất, truyền tín hiệu và cả trong giao tiếp tế bào.

Nhờ vào số lượng lớn các quá trình mà chúng thực hiện nhiều chức năng, kinase là một trong những loại protein được nghiên cứu nhiều nhất, không chỉ ở cấp độ sinh hóa mà còn ở cấp độ cấu trúc, di truyền và tế bào.

Tên miền cấu trúc của enzyme Pyruvate kinase (PYK) một loại enzyme đường phân (Nguồn: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) qua Wikimedia Commons)

Người ta đã xác định được rằng bộ gen người có ít nhất 500 gen mã hóa các enzym thuộc nhóm kinaza, mà chất nền "nhận" cho các nhóm photphat có thể là cacbohydrat, lipid, nucleosit, protein và các loại phân tử hữu cơ khác.

Các enzym này được phân loại trong nhóm phosphotransferase (EC 2.7), và thường được sử dụng làm phân tử "tài trợ" của nhóm phosphat cho các hợp chất năng lượng cao như ATP, GTP, CTP và các hợp chất liên quan khác.

nét đặc trưng

Thuật ngữ "kinase", như đã được nhận xét, thường dùng để chỉ tất cả các enzym chịu trách nhiệm chuyển nhóm photphat đầu cuối của ATP sang thụ thể khác hoặc phân tử "chất nhận" của nhóm photphat.

Mặc dù thực tế là các enzym này xúc tác về cơ bản cùng một phản ứng chuyển nhóm phosphoryl, nhưng có sự đa dạng lớn giữa chúng, không chỉ về cấu trúc, mà còn về tính đặc trưng của cơ chất và các con đường tế bào mà chúng tham gia.

Nói chung, cấu trúc của nó bao gồm các tấm gấp β và xoắn α gấp đặc biệt để tạo thành vị trí hoạt động, và vị trí hoạt động cho biết thường chứa các ion tích điện dương (cation) giúp ổn định điện tích âm của các nhóm phốt phát mà chúng chuyển giao.

Tại hoặc gần vị trí hoạt động là hai vị trí liên kết với chất nền: một vị trí cho ATP hoặc phân tử cho nhóm phosphate và một vị trí cho chất nền được phosphoryl hóa.

Phản ứng chung của các enzym này (phosphoryl hóa) có thể được xem như sau:

ATP + Chất nền → ADP + Chất nền được phosphoryl hóa

Nơi ATP tặng nhóm photphat mà cơ chất thu được.

Các loại

Theo phân loại của Ủy ban Danh pháp của Liên minh Hóa sinh và Sinh học Phân tử Quốc tế (NC-IUBMB), kinase được tìm thấy trong nhóm phosphotransferase (EC. 2.7, các enzym chuyển các nhóm chứa phốt pho), được chia nhỏ, lần lượt, trong khoảng 14 lớp (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Sự khác biệt cơ bản giữa 14 lớp phosphotransferase này liên quan đến bản chất hóa học của phân tử "chất nhận" của nhóm photphat mà chúng chuyển (hoặc bản chất của phần phân tử nhận nhóm photphat).

Trong loại này (enzym phosphotransferase) cũng có một số enzym chuyển nhóm phosphat nhưng không sử dụng phân tử ATP làm "chất cho" mà sử dụng phosphat vô cơ.

Nói chung, các lớp này được mô tả như sau:

EC 2.7.1: Enzyme phosphoransferase có cồn là chất nhận nhóm photphat

Đây là một trong những nhóm quan trọng nhất đối với sự chuyển hóa năng lượng của nhiều sinh vật, vì nó chứa các enzym chịu trách nhiệm cho quá trình phosphoryl hóa carbohydrate và các dẫn xuất của chúng, chẳng hạn như glucose, galactose, fructose, mannose, glucosamine, ribose và ribulose, xylose, glycerol, pyruvate, mevalonate, arabinose, inositol, trong số nhiều loại khác.

Ví dụ về các enzym phổ biến này là hexokinase, glucokinase, phosphofructokinase và pyruvate kinase, tham gia trực tiếp vào con đường đường phân, chịu trách nhiệm cho quá trình oxy hóa glucose để sản xuất năng lượng dưới dạng ATP.

EC 2.7.2: Enzyme phosphotransferase có nhóm carboxyl là chất nhận nhóm phosphate

Trong lớp enzym kinase hoặc phosphotransferase này là các enzym chuyển nhóm phosphat thành các phần của phân tử có nhóm carboxyl, chẳng hạn như axetat, carbamat, aspartat, phosphoglycerat, v.v.

EC 2.7.3:

Về mặt trao đổi chất, nhóm enzyme này cũng rất quan trọng, vì chúng chịu trách nhiệm chuyển các nhóm phosphate thành các phân tử như creatinine, arginine, glutamine, guanidine-acetate, v.v.

EC 2.7.4: Enzyme phosphotransferase có nhóm photphat khác làm chất nhận nhóm photphat

Một phần lớn các enzym của nhóm này có chức năng điều hòa sự hình thành hoặc thủy phân các hợp chất năng lượng cao như ATP, GTP, CTP và các loại khác, vì chúng chịu trách nhiệm bổ sung, loại bỏ hoặc trao đổi các nhóm photphat giữa các loại phân tử này. hoặc các tiền chất của nó.

Chúng cũng tham gia vào việc chuyển các nhóm photphat sang các phân tử khác đã được phosphoryl hóa trước đó, có thể là lipid trong tự nhiên, cacbohydrat hoặc các dẫn xuất của chúng.

Ví dụ về các enzym quan trọng này là adenylate kinase, nucleoside phosphate kinase, nucleoside triphosphate adenylate kinase, UMP / CMP kinase và farnesyl phosphate kinase, v.v.

EC 2.7.6: enzym diphosphotransferase

Diphosphotransferase xúc tác việc chuyển đồng thời hai nhóm phosphate vào cùng một chất nền. Ví dụ về các enzym này là ribose phosphat diphosphokinase, thiamine diphosphokinase, và GTP diphosphokinase, là một enzym quan trọng trong quá trình chuyển hóa purin.

EC 2.7.7: enzym phosphotransferase đặc hiệu nucleotide (nucleotidyl phosphotransferase)

Nucleotidyl phosphotransferase tham gia vào nhiều quá trình tế bào liên quan đến việc kích hoạt và bất hoạt các protein và enzym khác, cũng như trong một số cơ chế sửa chữa DNA.

Chức năng của nó là chuyển các nucleotide, nói chung là các nucleotide monophosphat của các bazơ nitơ khác nhau. Trong lớp enzym này là DNA và RNA polymerase (phụ thuộc cả DNA và RNA), UDP-glucose 1-phosphate uridyltransferase, trong số những enzyme khác.

EC 2.7.8: các enzym chuyển các nhóm photphat có sự thay thế

Lớp này có chức năng quan trọng trong con đường chuyển hóa lipid, đặc biệt là tổng hợp chúng. Chúng chịu trách nhiệm về việc chuyển các phân tử được phosphoryl hóa (nhóm photphat có sự thay thế) sang các phân tử "chất nhận" khác.

Ví dụ về nhóm enzym này là ethanolamine phosphotransferase, diacylglycerol choline phosphotransferase, sphingomyelin synthase, v.v.

EC 2.7.9: Enzyme phosphotransferase với các thụ thể bắt cặp

Các enzym này sử dụng một chất cho nhóm phosphate duy nhất (ATP hoặc liên quan) để phosphoryl hóa hai phân tử chất nhận khác nhau. Ví dụ về các enzym này là pyruvate phosphate dikinase (PPDK) và dikinase nước phosphoglycan.

Phosphotransferase giúp phosphoryl hóa dư lượng axit amin của các loại protein khác nhau

EC 2,7.10: protein tyrosine kinase

Protein-tyrosine kinase là các enzym xúc tác việc chuyển các nhóm phosphat đặc biệt đến các gốc tyrosine trong chuỗi polypeptide của các loại chất nhận protein khác nhau.

EC 2.7.11: kinase protein-serine / threonine

Giống như tyrosine kinase của protein, nhóm enzyme này xúc tác việc chuyển các nhóm phosphate thành các gốc serine hoặc threonine trong các protein khác.

Một ví dụ đã biết về các protein này là họ protein kinase C, tham gia vào nhiều con đường, nhưng đặc biệt là trong chuyển hóa lipid.

Trong nhóm này còn có nhiều AMP vòng và protein kinase phụ thuộc GMP chu kỳ, có ý nghĩa quan trọng đối với sự biệt hóa, tăng trưởng và giao tiếp của tế bào.

EC 2.7.12: kinase có tính đặc hiệu kép (chúng có thể hoạt động trên cả dư lượng serine / threonine và tyrosine)

Các kinase kinase của protein hoạt hóa mitogen (MAPKK) là một phần của nhóm enzym này có khả năng phosphoryl hóa rõ ràng các gốc serine, threonine hoặc tyrosine của các kinase protein khác.

Protein-histidine kinase (EC 2.7.13) và protein-arginine kinase (EC 2.7.14)

Có những protein kinase khác có khả năng chuyển các nhóm phosphat thành các gốc histidine và arginine trong một số loại protein và đây là protein-histidine kinase và protein-arginine kinase.

Các hình thức phân loại khác

Theo các tác giả khác nhau, kinase có thể được phân loại tốt hơn theo loại cơ chất mà chúng sử dụng như một chất nhận nhóm phốt phát.

Những người khác cho rằng cách tốt nhất để phân loại các enzym này là theo cấu trúc và đặc điểm của vị trí hoạt động của chúng, tức là theo cấu trúc và sự hiện diện của các ion hoặc phân tử nhất định trong đó.

Tùy thuộc vào loại cơ chất, kinase có thể được phân loại thành protein kinase (phosphoryl hóa các protein khác), kinase lipid (phosphoryl hóa lipid), kinase carbohydrate (phosphoryl hóa các loại carbohydrate khác nhau), nucleoside phosphorylase (phosphoryl hóa nucleoside), v.v.

Đặc trưng

Enzyme nhóm Kinase có mặt ở khắp nơi trong tự nhiên và một tế bào đơn lẻ có thể chứa hàng trăm loại khác nhau, xúc tác các phản ứng trên nhiều con đường tế bào.

Các chức năng của nó có thể rất đa dạng:

-Chúng tham gia vào nhiều quá trình truyền tín hiệu và thông tin liên lạc của tế bào, đặc biệt là protein kinaza, xúc tác cho quá trình phosphoryl hóa liên tiếp của các protein kinase khác (phosphoryl hóa theo tầng) để đáp ứng với các kích thích bên trong và bên ngoài.

-Một số loại protein này với hoạt động của enzym có chức năng trung tâm trong quá trình chuyển hóa carbohydrate, lipid, nucleotide, vitamin, đồng yếu tố và axit amin. Ví dụ, không có gì khác trong quá trình đường phân liên quan đến ít nhất 4 kinase: hexokinase, phosphofructokinase, phosphoglycerate kinase và pyruvate kinase.

-Trong các chức năng truyền tín hiệu, kinase tham gia vào các quá trình điều hòa biểu hiện gen, co cơ và kháng lại các chất kháng sinh ở các loại sinh vật sống.

-Protein-tyrosine kinase có chức năng điều hòa nhiều con đường dẫn truyền tín hiệu có liên quan đến sự phát triển và giao tiếp ở các siêu nhân đa bào.

-Sự biến đổi của protein bằng cách phosphoryl hóa (trong các bối cảnh tế bào khác không phải là tín hiệu tế bào) là một yếu tố quan trọng trong việc điều hòa hoạt động của một số lượng lớn các enzym tham gia vào các quá trình trao đổi chất khác nhau. Đó là ví dụ về sự điều hòa chu kỳ tế bào bởi nhiều protein cyclin phụ thuộc kinase.

-Kinase có khả năng phosphoryl hóa lipid rất cần thiết cho quá trình tái tạo màng tế bào, cũng như cho quá trình tổng hợp và hình thành màng mới.

Người giới thiệu

Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Phân loại trình tự và cấu trúc của Kinase. Tạp chí Sinh học Phân tử, 2836 (02), 855–881.
Cooper, J. (2018). Bách khoa toàn thư Britannica. Lấy từ britannica.com
Da Silva, G. (2012). Những tiến bộ trong Protein Kinase. Rijeka, Croatia: InTech Open.
Krebs, E. (1983). Các quan điểm lịch sử về quá trình phosphoryl hóa protein và hệ thống phân loại các Kinase protein. Phil. Dịch. R. Soc. Lond. B, 302, 3-11.
Krebs, E. (1985). Sự phosphoryl hóa của protein: một cơ chế chính để điều hòa sinh học. Các Giao dịch Xã hội Sinh hóa, 13, 813–820.
Ủy ban Danh pháp của Liên minh Quốc tế Hóa sinh và Sinh học phân tử (NC-IUBMB). (2019). Lấy từ qmul.ac.uk

KINASES: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI, CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2026