KINASES: ลักษณะประเภทฟังก์ชัน - ชีววิทยา - 2025

ไคเนสหรือไคเนสส์เป็นโปรตีนที่มีเอนไซม์ที่มีหน้าที่รับผิดชอบในการเร่งการโอนกลุ่มฟอสเฟต (PO4-3) ที่แตกต่างกันของโมเลกุล พวกมันเป็นเอนไซม์ที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติซึ่งพวกมันทำหน้าที่ที่ยอดเยี่ยมสำหรับสิ่งมีชีวิตพวกมันมีส่วนร่วมในการเผาผลาญในการส่งสัญญาณและในการสื่อสารของเซลล์

ด้วยกระบวนการจำนวนมากที่พวกมันทำหน้าที่หลายอย่างไคเนสเป็นโปรตีนประเภทหนึ่งที่ได้รับการศึกษามากที่สุดไม่เพียง แต่ในระดับชีวเคมีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงระดับโครงสร้างพันธุกรรมและระดับเซลล์ด้วย

โครงสร้างโดเมนของเอนไซม์ Pyruvate kinase (PYK) ซึ่งเป็นเอนไซม์ไกลโคไลติก (ที่มา: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) ผ่าน Wikimedia Commons)

ได้รับการพิจารณาแล้วว่าจีโนมของมนุษย์มียีนอย่างน้อย 500 ยีนซึ่งเป็นรหัสของเอนไซม์ที่อยู่ในกลุ่มไคเนสซึ่งสารตั้งต้น "ตัวรับ" สำหรับกลุ่มฟอสเฟตอาจเป็นคาร์โบไฮเดรตลิพิดนิวคลีโอไซด์โปรตีนและโมเลกุลอินทรีย์ประเภทอื่น ๆ

เอนไซม์เหล่านี้จัดอยู่ในกลุ่มของ phosphotransferases (EC 2.7) และโดยปกติจะใช้เป็นโมเลกุล "ผู้บริจาค" ของกลุ่มฟอสเฟตไปจนถึงสารประกอบพลังงานสูงเช่น ATP, GTP, CTP และอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง

ลักษณะเฉพาะ

คำว่า "ไคเนส" ตามที่มีการแสดงความคิดเห็นโดยทั่วไปหมายถึงเอนไซม์ทั้งหมดที่มีหน้าที่ในการถ่ายโอนกลุ่มเทอร์มินัลฟอสเฟตของ ATP ไปยังตัวรับอื่นหรือโมเลกุล "ตัวรับ" ของกลุ่มฟอสเฟต

แม้ว่าเอนไซม์เหล่านี้จะเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนกลุ่มฟอสโฟรีลเดียวกัน แต่ก็มีความหลากหลายในหมู่พวกมันไม่เพียง แต่ในแง่ของโครงสร้างเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความจำเพาะของสารตั้งต้นและเส้นทางของเซลล์ที่พวกมันเข้าร่วมด้วย

โดยทั่วไปโครงสร้างของมันประกอบด้วยแผ่นพับและα-helices ที่พับโดยเฉพาะเพื่อสร้างไซต์ที่ใช้งานอยู่และกล่าวว่าไซต์ที่ใช้งานมักจะมีไอออนที่มีประจุบวก (ไอออนบวก) ซึ่งจะทำให้ประจุลบของกลุ่มฟอสเฟตที่พวกมันถ่ายเทได้คงที่

ที่หรือใกล้กับไซต์ที่ใช้งานอยู่มีสถานที่ยึดเกาะสองแห่งสำหรับพื้นผิว: หนึ่งแห่งสำหรับ ATP หรือโมเลกุลของผู้บริจาคกลุ่มฟอสเฟตและอีกแห่งหนึ่งสำหรับสารตั้งต้นที่จะถูกฟอสโฟรีเลต์

ปฏิกิริยาทั่วไปของเอนไซม์เหล่านี้ (ฟอสโฟรีเลชัน) สามารถดูได้ดังนี้:

ATP + Substrate → ADP + Phosphorylated Substrate

โดยที่ ATP บริจาคหมู่ฟอสเฟตที่สารตั้งต้นได้รับ

ประเภท

ตามการจำแนกประเภทของคณะกรรมการระบบการตั้งชื่อของสหภาพชีวเคมีและอณูชีววิทยาระหว่างประเทศ (NC-IUBMB) ไคเนสพบในกลุ่มของฟอสโฟทรานเฟอร์ (EC 2.7 เอนไซม์ที่ถ่ายโอนกลุ่มที่มีฟอสฟอรัส) ซึ่งแบ่งย่อยออกไปคือ ในทางกลับกันประมาณ 14 คลาส (EC 2.7.1 - EC 2.7.14)

ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างฟอสเฟตทั้ง 14 คลาสนี้เกี่ยวข้องกับลักษณะทางเคมีของโมเลกุล "ตัวรับ" ของกลุ่มฟอสเฟตที่พวกมันถ่ายโอน (หรือลักษณะของส่วนของโมเลกุลที่ได้รับหมู่ฟอสเฟต)

ภายในหมวดหมู่นี้ (เอนไซม์ฟอสโฟทรานสเฟอเรส) ยังมีเอนไซม์บางชนิดที่ถ่ายโอนหมู่ฟอสเฟต แต่ไม่ได้ใช้โมเลกุลของ ATP เป็น "ผู้บริจาค" แต่ใช้ฟอสเฟตอนินทรีย์แทน

โดยทั่วไปคลาสเหล่านี้อธิบายไว้ดังนี้:

EC 2.7.1: เอนไซม์ฟอสโฟทรานสเฟอเรสที่มีแอลกอฮอล์เป็นตัวรับกลุ่มฟอสเฟต

นี่เป็นหนึ่งในกลุ่มที่สำคัญที่สุดสำหรับการเผาผลาญพลังงานของสิ่งมีชีวิตหลายชนิดเนื่องจากมีเอนไซม์ที่รับผิดชอบในการฟอสโฟรีเลชันของคาร์โบไฮเดรตและอนุพันธ์ของพวกมันเช่นกลูโคสกาแลคโตสฟรุกโตสแมนโนสกลูโคซามีนไรโบสและไรโบโลสไซโลสกลีเซอรอล ไพรูเวทเมวาโลเนตอาราบิโนสอิโนซิทอลและอื่น ๆ อีกมากมาย

ตัวอย่างของเอนไซม์ที่พบบ่อยเหล่านี้ ได้แก่ hexokinase, glucokinase, phosphofructokinase และ pyruvate kinase ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับทางเดินไกลโคไลติกที่มีหน้าที่ในการออกซิเดชั่นของน้ำตาลกลูโคสเพื่อผลิตพลังงานในรูปของ ATP

EC 2.7.2: เอนไซม์ฟอสโฟทรานสเฟอเรสที่มีหมู่คาร์บอกซิลเป็นตัวรับของกลุ่มฟอสเฟต

ภายในคลาสของเอนไซม์ไคเนสหรือฟอสโฟทรานสเฟอเรสคือเอนไซม์ที่ถ่ายโอนหมู่ฟอสเฟตไปยังส่วนของโมเลกุลที่มีหมู่คาร์บอกซิลเช่นอะซิเตตคาร์บาเมตแอสพาเทตฟอสโฟไกลเซเรตเป็นต้น

EC 2.7.3:

เมื่อพูดถึงการเผาผลาญเอนไซม์กลุ่มนี้ก็มีความสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากมีหน้าที่ในการถ่ายโอนกลุ่มฟอสเฟตไปยังโมเลกุลเช่น creatinine, arginine, glutamine, guanidine-acetate เป็นต้น

EC 2.7.4: เอนไซม์ฟอสโฟทรานสเฟอเรสที่มีหมู่ฟอสเฟตอื่นเป็นตัวรับของกลุ่มฟอสเฟต

เอนไซม์ส่วนใหญ่ของกลุ่มนี้ทำหน้าที่ควบคุมการก่อตัวหรือไฮโดรไลซิสของสารประกอบพลังงานสูงเช่น ATP, GTP, CTP และอื่น ๆ เนื่องจากมีหน้าที่ในการเพิ่มการกำจัดหรือการแลกเปลี่ยนกลุ่มฟอสเฟตระหว่างโมเลกุลประเภทนี้ หรือปูชนียบุคคล

พวกเขายังมีส่วนร่วมในการถ่ายโอนกลุ่มฟอสเฟตไปยังโมเลกุลอื่น ๆ ที่มีฟอสฟอรัสก่อนหน้านี้ซึ่งอาจเป็นไขมันในธรรมชาติคาร์โบไฮเดรตหรืออนุพันธ์ของมัน

ตัวอย่างของเอนไซม์ที่สำคัญเหล่านี้ ได้แก่ adenylate kinase, nucleoside phosphate kinase, nucleoside triphosphate adenylate kinase, UMP / CMP kinase และ farnesyl phosphate kinase เป็นต้น

EC 2.7.6: เอนไซม์ diphosphotransferase

Diphosphotransferases กระตุ้นการถ่ายโอนกลุ่มฟอสเฟตสองกลุ่มพร้อมกันไปยังสารตั้งต้นเดียวกัน ตัวอย่างของเอนไซม์เหล่านี้ ได้แก่ ribose phosphate diphosphokinase, thiamine diphosphokinase และ GTP diphosphokinase ซึ่งเป็นเอนไซม์ที่สำคัญในการเผาผลาญของพิวรีน

EC 2.7.7: เอนไซม์ฟอสโฟทรานสเฟอเรสเฉพาะนิวคลีโอไทด์ (nucleotidyl phosphotransferases)

Nucleotidyl phosphotransferases มีส่วนร่วมในกระบวนการของเซลล์หลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นและการหยุดทำงานของโปรตีนและเอนไซม์อื่น ๆ รวมถึงกลไกการซ่อมแซมดีเอ็นเอบางอย่าง

หน้าที่ของมันคือการถ่ายโอนนิวคลีโอไทด์โดยทั่วไปคือโมโนฟอสเฟตนิวคลีโอไทด์ของฐานไนโตรเจนที่แตกต่างกัน ในเอนไซม์ระดับนี้ ได้แก่ DNA และ RNA polymerases (ทั้ง DNA และ RNA ขึ้นอยู่กับ) UDP-glucose 1-phosphate uridyltransferase และอื่น ๆ

EC 2.7.8: เอนไซม์ที่ถ่ายโอนกลุ่มฟอสเฟตด้วยการแทนที่

คลาสนี้มีหน้าที่สำคัญในเส้นทางการเผาผลาญไขมันโดยเฉพาะการสังเคราะห์ พวกมันมีหน้าที่ในการถ่ายโอนโมเลกุล phosphorylated (กลุ่มฟอสเฟตที่มีการแทนที่) ไปยังโมเลกุล "ตัวรับ" อื่น ๆ

ตัวอย่างของเอนไซม์กลุ่มนี้ ได้แก่ ethanolamine phosphotransferase, diacylglycerol choline phosphotransferase, sphingomyelin synthase เป็นต้น

EC 2.7.9: เอนไซม์ฟอสโฟทรานสเฟอเรสที่มีตัวรับคู่

เอนไซม์เหล่านี้ใช้ผู้บริจาคกลุ่มฟอสเฟตเดียว (ATP หรือที่เกี่ยวข้อง) กับฟอสโฟรีเลตโมเลกุลตัวรับสองตัวที่แตกต่างกัน ตัวอย่างของเอนไซม์เหล่านี้ ได้แก่ pyruvate phosphate dikinase (PPDK) และ phosphoglycan water dikinase

Phosphotransferases ที่กรดอะมิโน phosphorylate ตกค้างของโปรตีนประเภทต่างๆ

EC 2.7.10: โปรตีนไทโรซีนไคเนส

ไคเนสของโปรตีน - ไทโรซีนเป็นเอนไซม์ที่เร่งการถ่ายโอนกลุ่มฟอสเฟตโดยเฉพาะไปยังไทโรซีนที่ตกค้างในกลุ่มโพลีเปปไทด์ของตัวรับโปรตีนประเภทต่างๆ

EC 2.7.11: โปรตีน - ซีรีน / ธ รีโอนีนไคเนส

เมื่อโปรตีนไทโรซีนไคเนสทำเอนไซม์กลุ่มนี้จะเร่งการถ่ายโอนกลุ่มฟอสเฟตไปยังซีรีนหรือ ธ รีโอนีนที่ตกค้างในโปรตีนอื่น ๆ

ตัวอย่างที่ทราบกันดีของโปรตีนเหล่านี้คือตระกูลของโปรตีนไคเนสซีซึ่งมีส่วนร่วมในหลาย ๆ ทาง แต่โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเผาผลาญไขมัน

สิ่งที่รวมอยู่ในกลุ่มนี้ ได้แก่ แอมป์หลายวงจรและไคเนสของโปรตีนที่ขึ้นกับ GMP แบบวัฏจักรซึ่งมีผลกระทบที่สำคัญต่อความแตกต่างของเซลล์การเติบโตและการสื่อสาร

EC 2.7.12: ไคเนสมีความจำเพาะแบบคู่ (สามารถออกฤทธิ์กับสารตกค้างทั้งซีรีน / ธ รีโอนีนและไทโรซีน)

ไคเนสที่กระตุ้นด้วยไมโตเจนไคเนส (MAPKKs) เป็นส่วนหนึ่งของเอนไซม์กลุ่มนี้ที่มีความสามารถในการฟอสโฟรีเลติงซีรีน, ธ รีโอนีนหรือไทโรซีนที่ตกค้างของไคเนสโปรตีนอื่น ๆ อย่างไม่ชัดเจน

โปรตีน - ฮิสทิดีนไคเนส (EC 2.7.13) และโปรตีนอาร์จินีนไคเนส (EC 2.7.14)

มีไคเนสของโปรตีนอื่น ๆ ที่สามารถถ่ายโอนกลุ่มฟอสเฟตไปยังฮิสติดีนและอาร์จินีนที่ตกค้างในโปรตีนบางประเภทและสิ่งเหล่านี้คือไคเนสของโปรตีนฮิสทิดีนและไคเนสของโปรตีนอาร์จินีน

การจำแนกรูปแบบอื่น ๆ

ตามที่ผู้เขียนหลายคนกล่าวไว้ไคเนสสามารถจำแนกได้ดีขึ้นตามประเภทของสารตั้งต้นที่ใช้เป็นตัวรับกลุ่มฟอสเฟต

คนอื่น ๆ พิจารณาว่าวิธีที่ดีที่สุดในการจำแนกเอนไซม์เหล่านี้เป็นไปตามโครงสร้างและลักษณะของไซต์ที่ใช้งานนั่นคือตามโครงสร้างและการมีอยู่ของไอออนหรือโมเลกุลบางชนิดในนั้น

ขึ้นอยู่กับชนิดของสารตั้งต้นไคเนสสามารถจัดเป็นโปรตีนไคเนส (ซึ่งฟอสโฟรีเลตโปรตีนอื่น ๆ ) ไลปิดไคเนส (ซึ่งฟอสโฟรีเลตไลปิด) ไคเนสของคาร์โบไฮเดรต (ซึ่งฟอสโฟรีเลตชนิดต่างๆของคาร์โบไฮเดรต) นิวคลีโอไซด์ฟอสโฟรีเลส (ซึ่งฟอสโฟรีเลตนิวคลีโอไซด์) เป็นต้น

คุณสมบัติ

เอนไซม์กลุ่มไคเนสมีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติและเซลล์เดียวสามารถโฮสต์ได้หลายร้อยชนิดโดยเร่งปฏิกิริยาในทางเดินของเซลล์หลายเซลล์

ฟังก์ชั่นอาจมีความหลากหลายมาก:

- พวกเขามีส่วนร่วมในกระบวนการส่งสัญญาณและการสื่อสารของเซลล์หลายชนิดโดยเฉพาะโปรตีนไคเนสซึ่งกระตุ้นการฟอสโฟรีเลชันต่อเนื่องของไคเนสโปรตีนอื่น ๆ (ฟอสโฟรีเลชันน้ำตก) เพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าภายในและภายนอก

- โปรตีนเหล่านี้บางส่วนที่มีกิจกรรมของเอนไซม์มีหน้าที่หลักในการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรตไขมันนิวคลีโอไทด์วิตามินโคแฟกเตอร์และกรดอะมิโน ตัวอย่างเช่นไม่มีสิ่งอื่นใดในไกลโคไลซิสที่เกี่ยวข้องกับไคเนสอย่างน้อย 4 ไคเนส ได้แก่ เฮกโซคิเนสฟอสฮอฟรุคโทไคเนสฟอสโฟไกลซีเรตไคเนสและไพรูเวทไคเนส

- ในบรรดาฟังก์ชั่นการส่งสัญญาณไคเนสมีส่วนเกี่ยวข้องกับกระบวนการควบคุมการแสดงออกของยีนในการหดตัวของกล้ามเนื้อและการดื้อยาปฏิชีวนะในสิ่งมีชีวิตประเภทต่างๆ

-Protein-tyrosine kinases มีหน้าที่ในการควบคุมเส้นทางการส่งสัญญาณจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาและการสื่อสารใน metazoans หลายเซลล์

- การปรับเปลี่ยนโปรตีนโดยฟอสโฟรีเลชัน (ในบริบทของเซลล์อื่น ๆ นอกเหนือจากการส่งสัญญาณของเซลล์) เป็นองค์ประกอบสำคัญในการควบคุมการทำงานของเอนไซม์จำนวนมากที่เข้าร่วมในกระบวนการเผาผลาญที่แตกต่างกัน นี่คือตัวอย่างของการควบคุมวัฏจักรของเซลล์โดยโปรตีนไซลินที่ขึ้นกับไคเนสจำนวนมาก

- ไคเนสที่มีความสามารถในการสร้างไขมันฟอสโฟรีเลตเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการเปลี่ยนแปลงของเยื่อหุ้มเซลล์เช่นเดียวกับการสังเคราะห์และการสร้างเยื่อใหม่

อ้างอิง

1. Cheek, S. , Zhang, H. , & Grishin, NV (2002) ลำดับและโครงสร้างการจำแนก Kinases วารสารอณูชีววิทยา, 2836 (02), 855–881.
2. คูเปอร์เจ. (2018). สารานุกรมบริแทนนิกา. สืบค้นจาก britannica.com
3. ดาซิลวา, G. (2012). ความก้าวหน้าในโปรตีนไคเนส Rijeka, โครเอเชีย: InTech Open
4. Krebs, E. (1983). มุมมองทางประวัติศาสตร์เกี่ยวกับฟอสฟอรัสของโปรตีนและระบบการจำแนกประเภทของโปรตีนไคเนส ฟิล ทรานส์ อาร์สังคมลอนดอน. ข, 302, 3-11
5. Krebs, E. (1985). ฟอสโฟรีเลชันของโปรตีน: กลไกสำคัญในการควบคุมทางชีววิทยา Biochemical Society Transactions, 13, 813–820
6. คณะกรรมการการตั้งชื่อของสหภาพชีวเคมีและอณูชีววิทยาระหว่างประเทศ (NC-IUBMB) (2019) สืบค้นจาก qmul.ac.uk