Білкова кіназа - біологія

Молекулярний компас для вирівнювання клітин

біологія

Від чого листя старіє восени

Демократичність грифа-цесарки

Середовище Екембо: Люди також жили на відкритих ландшафтах

| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво

Сорт пшениці був створений шляхом схрещування дикорослих трав

| Генетика | Сільське, лісове та тваринництво

Ячмінь Пангеном: Віха на шляху до склозаводу

Подовжене життя при зменшенні споживання їжі

Без тваринного методу передбачається токсичність наночастинок

Міграція клітин: нещодавно виявлена ​​функція відомого білка

Протеїнкіназа

Білкові кінази є ферментами, які каталізують перенесення фосфатної групи від донора (зазвичай АТФ) до гідроксильної (ОН) групи бічного ланцюга амінокислоти. Отже, кінази є фосфорилтрансферазами.

Еволюція кіназ

За словами Меннінга, близько 2% усіх генів еукаріотичного геному кодують кінази. Приблизно 518 кіназ може фосфорилювати 30% усіх білків у клітині. [1] Сума всіх кіназ у клітині також буде Кіном викликається (на основі -omik). Класифікація, що базується на подібності послідовностей доменів кіназ, відомих біологічних функцій, показує 10 груп, 143 родини та 212 підродини в кіномах людини, мух, глистів та дріжджів.

Функції кіназ

Фосфорилювання білка є дуже важливим посттрансляційним механізмом управління при передачі клітинного сигналу. Сюди входить, наприклад, регуляція активності ферментів або факторів транскрипції. Фосфорилювання може активувати/інгібувати цільовий білок або визначати його субклітинну локалізацію через зміни заряду або конформації. Фізіологічні ефекти цих фосфорилювання білків залежать від конкретного субстрату кінази.

Порушення функції протеїнкінази є причиною численних захворювань. Отже, протеїнкінази є привабливими молекулярними мішенями для втручання в наркотики і інтенсивно досліджуються фармацевтичною промисловістю. "Специфічні" інгібітори протеїнкіназ успішно застосовуються при терапії раку (див., Наприклад, Іматиніб при лікуванні хронічного мієлоїдного лейкозу).

Регуляція активності кінази

Через далекосяжну дію протеїнкіназ, вони самі повинні суворо регулюватися. До регуляторних факторів належать:

  • Кофактори/вторинні речовини, що передають речовини (Ca 2+, IP3, cAMP та ін.)
  • Білки-активатори та інгібітори
  • Псевдо підкладки
    • Аутоінгібіція (частина пептидного ланцюга протеїнкінази діє як псевдосубстрат)
    • Зв’язування ліганду з регуляторними субодиницями
  • Фосфорилювання в активному центрі
    • інші протеїнкінази (Транс-фосфорилювання)
    • себе (Цис-фосфорилювання/автофосфорилювання)
  • Підклітинна локалізація всередині клітини

Види протеїнкіназ

Більшість протеїнкіназ фосфорилює або амінокислоти серин/треонін, або ароматичні тирозини. Однак існують також біспецифічні протеїнкінази (EC 2.7.12; наприклад, MEK або MAP2K), які можуть фосфорилювати залишки серину/треоніну та тирозину.

Серинові/треонінкінази

Ці протеїнкінази (ЕС 2.7.11) фосфорилюють гідроксильні групи (групи ОН) амінокислот серин та треонін. Ці кінази регулюються:

  • cAMP або cGMP
  • 1,2-діацилгліцерин (DAG)
  • Са 2+ або кальмодулін
  • PIP3 та інші похідні фосфоліпідів

Той факт, що серин/треонінкінази не фосфорилюють всі серини та треоніни інших білків, визначається взаємодією з навколишньою пептидною послідовністю. Ці послідовності є Послідовності консенсусу зателефонував. Через низьку специфічність ці кінази фосфорилюють не окремі білки, а цілі сімейства білків. Ці ферменти інгібуються тим, що псевдосубстрат зв'язується з активним центром, імітуючи цільову послідовність відповідної кінази, але не має серину або треоніну.

М'язова фосфорилазакіназа А

Цей фермент (EC 2.7.11.19) є першою кіназою Ser/Thr, яка була відкрита в 1956 р. [2]. Це ключовий фермент у метаболізмі глікогену.

Протеїнкіназа А

Цей фермент виконує кілька функцій у клітині. Сюди входить регулювання обміну глікогену, цукру та ліпідів. Протеїнкіназа А (ЄС 2.7.11.11) складається з двох доменів. Менша складається з великої кількості β-листів, тоді як велика субодиниця має велику кількість α-спіралей. Каталітичний центр лежить між двома субодиницями. Якщо АТФ зв'язується з субстратом, субодиниці скручуються одна проти одної, так що γ-фосфатна група АТФ наближається до амінокислоти, яка підлягає фосфорилюванню, і може відбутися реакція переносу.

Ви самі регулюєтесь табором. Пов’язуючи цАМФ з неактивним тетрамером, що складається з двох регуляторних та двох каталітичних субодиниць (R2C2), регуляторні субодиниці відокремлюються від каталітичних, що забезпечує фосфорилювання інших білків. Протеїнкіназа А в свою чергу регулюється фосфорилюванням.

Крім того, шляхом активації фосфодіестерази доступна кількість цАМФ зменшується за рахунок перетворення в АМФ. В результаті протеїнкіназа А викликає власне гальмування, а це означає, що не може відбуватися "постійної активації" кінази.

Протеїнкіназа В

В англомовній літературі часто згадується як діяти під назвою кіназа - це фермент сигнального шляху PI3K/Akt, який чинить численні ефекти на гомеостаз клітини та регулює виживання, апоптоз, проліферацію та метаболізм. Akt зустрічається у трьох тісно пов'язаних ізоформах (Akt1, Akt2, Akt3), послідовності яких кодуються на хромосомах 14q32, 19q13 та 1q43 відповідно. Жодних відмінностей у специфічності субстрату між окремими ізоформами не виявлено.

Активація відбувається в кілька етапів. Спочатку фосфатидилінозитол-3-кінази (PI3K) рекрутуються до мембрани за допомогою активованих рецепторних тирозинкіназ і таким чином активуються. Активований PI3K каталізує фосфорилювання фосфатидилінозитолу до фосфатидилінозитол-3-фосфату або фосфатидилінозитол-4-фосфату до фосфатидилінозитол-3,4-бісфосфату та фосфатидилінозитол-4,5-бісфосфат-фосфат-фосфати. Отримані субстрати тепер також набирають білки Гомологія Плекстріна(PH) домени до мембрани. Akt, закріплений таким чином, тепер може бути активований за допомогою подальшої сигнальної молекули, яка має домени PH і яка фосфорилює PDK1 (фосфоінозитидзалежна кіназа 1).

Як уже згадувалося вище, протеїнкіназа В, серед іншого, регулює виживання, проліферацію та цикл смерті ураженої клітини. Одним із прикладів є посилення рецептора глюкози Glut4 з вхідним сигналом інсуліну. Транскрипція цього носія запускається каскадно, і його включення спричинене транспортуванням везикул і звуженням. Активність ферменту можна регулювати за допомогою Білок-супресор пухлини PTEN, який відповідає за дефосфорилювання, наприклад, фосфатидилінозитол-3,4,5-трисфосфату до фосфатидилінозитол-4,5-бісфосфату (або інших 3'-фосфорильованих фосфоїнозитидів). Це робить субстрат протеїнкінази непридатним, оскільки він більше не в змозі пристикувати до домену PH.

Функціональні та регуляторні механізми різноманітні і все ще детально вивчаються сьогодні, оскільки передбачається, що мутація в певних ділянках сигнального шляху (наприклад, PTEN) є основою для формування пухлин.

Протеїнкіназа С

Термін протеїнкіназа С (ЄС 2.7.11.13) стосується сімейства білків із 12 представників у ссавців, Ca 2+, діацилгліцерину та таких фосфоліпідів. Б. потрібен фосфатидилхолін для активації. У більшості випадків під згаданими ферментами мається на увазі протеїнкіназа Cα.

Протеїнкінази - це висококонсервативні білки, які складаються з N-кінцевого регуляторного домену та С-кінцевого каталітичного домену. Поки фермент не активується промотором пухлини, таким як тетрадеканоїлфорболацетат (ТРА) або одним із згаданих вище кофакторів, він неактивний. Загальна лінійна структура:

N - псевдосубстрат - зв'язування TPA/DAG - зв'язування Ca 2+ - зв'язування АТФ - зв'язування субстрату - C

Під час активації протеїнкіназа С переміщується до клітинної мембрани за допомогою рецепторів активованої протеїнкінази С (білки RACK). Після активації ці кінази залишаються активними протягом тривалого часу, хоча концентрація Са 2+ знову зменшилася. Це пов’язано з дією діацилгліцерину, який утворюється з фосфатидилінозитолу фосфоліпазою. Це активується тими ж сигналами, що і сама протеїнкіназа.

Цільова послідовність протеїнкінази С подібна до послідовності протеїнкінази А тим, що вона містить багато основних амінокислотних залишків поблизу фосфорильованих залишків Ser/Thr. Субстратами протеїнкінази С є білки MARCKS, MAP-кінази, інгібітор фактора транскрипції IκB, рецептор вітаміну D3, Raf-кіназа, кальпаїн та рецептор EGF.

Тирозинкінази

Тирозинкінази (EC 2.7.10) включають так звані рецепторні тирозинкінази (RTK) і тирозинкінази без рецепторної функції. Близько 50 різних RTK згруповані в 18 сімейств рецепторів. [3] Відповідно до лігандів ці RTK згруповані в такі сімейства:

  • EGF
  • PDGF
  • інсулін
  • VEGF
  • FGF
  • Ефрін
  • Axl/Ufo
  • Ангіопоетини
  • і інші.