KINASE: KARAKTERISTIK, JENIS, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

The kinase atau kinase adalah protein dengan aktivitas enzimatik yang bertanggung jawab untuk mengkatalisis transfer gugus fosfat (PO4-3) untuk berbagai jenis molekul. Mereka adalah enzim yang sangat umum di alam, di mana mereka menjalankan fungsi transendental untuk organisme hidup: mereka berpartisipasi dalam metabolisme, memberi sinyal, dan juga dalam komunikasi seluler.

Berkat banyaknya proses di mana mereka memenuhi banyak fungsi, kinase adalah salah satu jenis protein yang paling banyak dipelajari, tidak hanya di tingkat biokimia, tetapi juga di tingkat struktural, genetik dan seluler.

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

Telah ditentukan bahwa genom manusia memiliki setidaknya 500 gen yang mengkode enzim yang termasuk dalam kelompok kinase, yang substrat "akseptornya" untuk kelompok fosfat dapat berupa karbohidrat, lipid, nukleosida, protein, dan jenis molekul organik lainnya.

Enzim ini diklasifikasikan dalam kelompok fosfotransferase (EC 2.7), dan biasanya digunakan sebagai molekul "donor" dari kelompok fosfat untuk senyawa berenergi tinggi seperti ATP, GTP, CTP dan yang terkait lainnya.

karakteristik

Istilah "kinase", seperti yang telah dikomentari, umumnya mengacu pada semua enzim yang bertanggung jawab untuk transfer gugus terminal fosfat ATP ke molekul reseptor atau "akseptor" lain dari gugus fosfat.

Terlepas dari kenyataan bahwa enzim-enzim ini mengkatalisasi pada dasarnya reaksi transfer gugus fosforil yang sama, terdapat keragaman yang besar di antara mereka, tidak hanya dalam hal struktur, tetapi juga dalam spesifisitas substrat dan jalur seluler tempat mereka berpartisipasi.

Umumnya, strukturnya terdiri dari lembaran terlipat β dan heliks α yang dilipat khusus untuk membentuk situs aktif, dan situs aktif tersebut biasanya mengandung ion bermuatan positif (kation) yang menstabilkan muatan negatif gugus fosfat yang ditransfernya.

Di atau dekat situs aktif terdapat dua situs pengikatan untuk substrat: satu untuk ATP atau molekul donor gugus fosfat dan satu untuk substrat yang akan difosforilasi.

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

ATP + Substrat → ADP + Substrat Difosforilasi

Dimana ATP menyumbangkan gugus fosfat yang diperoleh substrat.

Jenis

Menurut klasifikasi Komite Nomenklatur dari Persatuan Internasional Biokimia dan Biologi Molekuler (NC-IUBMB), kinase ditemukan dalam kelompok fosfotransferase (EC. 2.7, enzim yang mentransfer kelompok yang mengandung fosfor), yang dibagi lagi, pada gilirannya, di sekitar 14 kelas (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Perbedaan mendasar antara 14 kelas fosfotransferase ini berkaitan dengan sifat kimiawi molekul 'akseptor' dari gugus fosfat yang mereka transfer (atau sifat dari bagian molekul yang menerima gugus fosfat).

Dalam kategori ini (enzim fosfotransferase) terdapat juga beberapa enzim yang mentransfer gugus fosfat tetapi tidak menggunakan molekul ATP sebagai "donor", melainkan menggunakan fosfat anorganik.

Secara garis besar, kelas-kelas ini dijelaskan sebagai berikut:

EC 2.7.1: Enzim fosfotransferase yang memiliki alkohol sebagai akseptor gugus fosfat

Ini adalah salah satu kelompok terpenting untuk metabolisme energi banyak organisme, karena mengandung enzim yang bertanggung jawab untuk fosforilasi karbohidrat dan turunannya, seperti glukosa, galaktosa, fruktosa, manosa, glukosamin, ribosa dan ribulosa, xilosa, gliserol, pyruvate, mevalonate, arabinose, inositol, di antara banyak lainnya.

Contoh enzim umum ini adalah heksokinase, glukokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase, yang secara langsung terlibat dalam jalur glikolitik yang bertanggung jawab untuk oksidasi glukosa untuk produksi energi dalam bentuk ATP.

EC 2.7.2: enzim fosfotransferase yang memiliki gugus karboksil sebagai penerima dari gugus fosfat

Di dalam kelas enzim kinase atau fosfotransferase ini adalah enzim yang mentransfer gugus fosfat ke bagian molekul dengan gugus karboksil, seperti asetat, karbamat, aspartat, fosfogliserat, dan lainnya.

EC 2.7.3:

Secara metabolik, kelompok enzim ini juga sangat penting, karena mereka bertanggung jawab atas transfer kelompok fosfat ke molekul seperti kreatinin, arginin, glutamin, guanidin-asetat, dll.

EC 2.7.4: enzim fosfotransferase yang memiliki gugus fosfat lain sebagai penerima gugus fosfat

Sebagian besar enzim dari kelompok ini berfungsi dalam pengaturan pembentukan atau hidrolisis senyawa berenergi tinggi seperti ATP, GTP, CTP dan lainnya, karena mereka bertanggung jawab untuk penambahan, penghilangan atau pertukaran kelompok fosfat antara jenis molekul ini. atau pendahulunya.

Mereka juga berpartisipasi dalam transfer gugus fosfat ke molekul lain yang sebelumnya terfosforilasi, yang dapat berupa lipid, karbohidrat atau turunannya.

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

EC 2.7.6: enzim difosfotransferase

Diphosphotransferases mengkatalisis transfer dua gugus fosfat secara bersamaan ke substrat yang sama. Contoh enzim tersebut adalah ribosa fosfat difosfokinase, tiamin difosfokinase, dan GTP difosfokinase, yang merupakan enzim penting dalam metabolisme purin.

EC 2.7.7: enzim fosfotransferase spesifik nukleotida (nukleotidil fosfotransferase)

Nukleotidil fosfotransferase berpartisipasi dalam banyak proses seluler yang terlibat dalam aktivasi dan inaktivasi protein dan enzim lain, serta dalam beberapa mekanisme perbaikan DNA.

Fungsinya untuk mentransfer nukleotida, umumnya nukleotida monofosfat dari basa nitrogen yang berbeda. Di kelas enzim ini adalah DNA dan RNA polimerase (tergantung DNA dan RNA), UDP-glukosa 1-fosfat uridyltransferase, antara lain.

EC 2.7.8: enzim yang mentransfer gugus fosfat dengan substitusi

Kelas ini memiliki fungsi yang signifikan dalam jalur metabolisme lipid, terutama sintesisnya. Mereka bertanggung jawab untuk transfer molekul terfosforilasi (gugus fosfat dengan substitusi) ke molekul "penerima" lainnya.

Contoh dari kelompok enzim ini adalah ethanolamine phosphotransferase, diacylglycerol choline phosphotransferase, sphingomyelin synthase, dll.

EC 2.7.9: enzim fosfotransferase dengan reseptor berpasangan

Enzim ini menggunakan donor gugus fosfat tunggal (ATP atau yang terkait) untuk memfosforilasi dua molekul akseptor yang berbeda. Contoh enzim ini adalah piruvat fosfat dikinase (PPDK) dan fosfoglikan air dikinase.

Fosfotransferase yang memfosforilasi residu asam amino dari berbagai jenis protein

EC 2.7.10: protein tirosin kinase

Protein-tirosin kinase adalah enzim yang mengkatalisis transfer gugus fosfat secara khusus ke residu tirosin dalam rantai polipeptida dari berbagai jenis akseptor protein.

EC 2.7.11: protein-serin / treonin kinase

Seperti protein tirosin kinase, kelompok enzim ini mengkatalisis transfer gugus fosfat ke residu serin atau treonin dalam protein lain.

Contoh yang diketahui dari protein ini adalah keluarga protein kinase C, yang berpartisipasi dalam banyak jalur, tetapi terutama dalam metabolisme lipid.

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

EC 2.7.12: kinase spesifik ganda (mereka dapat bekerja pada residu serin / treonin dan tirosin)

Protein kinase kinase yang diaktivasi oleh mitogen (MAPKK) adalah bagian dari kelompok enzim ini yang mampu secara bergantian memfosforilasi residu serin, treonin atau tirosin dari protein kinase lainnya.

Protein-histidin kinase (EC 2.7.13) dan protein-arginine kinase (EC 2.7.14)

Ada protein kinase lain yang mampu mentransfer gugus fosfat ke residu histidin dan arginin dalam beberapa jenis protein dan ini adalah protein-histidin kinase dan protein-arginin kinase.

Bentuk klasifikasi lainnya

Menurut penulis yang berbeda, kinase dapat diklasifikasikan dengan lebih baik menurut jenis substrat yang mereka gunakan sebagai akseptor gugus fosfat.

Yang lain menganggap bahwa cara terbaik untuk mengklasifikasikan enzim ini adalah menurut struktur dan karakteristik tapak aktifnya, yaitu menurut konformasi dan keberadaan ion atau molekul tertentu di dalamnya.

Bergantung pada jenis substratnya, kinase dapat diklasifikasikan sebagai protein kinase (yang memfosforilasi protein lain), kinase lipid (yang memfosforilasi lipid), kinase karbohidrat (yang memfosforilasi berbagai jenis karbohidrat), fosforilase nukleosida (yang memfosforilasi nukleosida), dll.

fitur

Enzim kelompok kinase ada di mana-mana di alam dan satu sel dapat menampung ratusan jenis yang berbeda, mengkatalisasi reaksi pada beberapa jalur seluler.

Fungsinya bisa sangat beragam:

-Mereka berpartisipasi dalam beberapa proses pensinyalan dan komunikasi seluler, terutama protein kinase, yang mengkatalisis fosforilasi berturut-turut protein kinase lainnya (kaskade fosforilasi) sebagai respons terhadap rangsangan internal dan eksternal.

-Beberapa protein dengan aktivitas enzimatik ini memiliki fungsi sentral dalam metabolisme karbohidrat, lipid, nukleotida, vitamin, kofaktor, dan asam amino. Misalnya, tidak ada hal lain dalam glikolisis yang melibatkan setidaknya 4 kinase: heksokinase, fosfofruktokinase, fosfogliserat kinase, dan piruvat kinase.

-Di antara fungsi pensinyalan, kinase terlibat dalam proses regulasi ekspresi gen, dalam kontraksi otot, dan dalam resistensi antibiotik pada berbagai jenis organisme hidup.

-Protein-tirosin kinase memiliki fungsi dalam regulasi banyak jalur transduksi sinyal yang terkait dengan pengembangan dan komunikasi dalam metazoa multiseluler.

-Modifikasi protein dengan fosforilasi (dalam konteks seluler lain selain pensinyalan sel) merupakan elemen penting dalam mengatur aktivitas sejumlah besar enzim yang berpartisipasi dalam proses metabolisme yang berbeda. Begitulah contoh regulasi siklus sel oleh banyak protein siklin yang bergantung pada kinase.

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

Referensi

1. Cheek, S., Zhang, H., & Grishin, NV (2002). Klasifikasi Urutan dan Struktur Kinase. Jurnal Biologi Molekuler, 2836 (02), 855-881.
2. Cooper, J. (2018). Encyclopaedia Britannica. Diperoleh dari britannica.com
3. Da Silva, G. (2012). Kemajuan dalam Protein Kinase. Rijeka, Kroasia: InTech Open.
4. Krebs, E. (1983). Perspektif Historis tentang Fosforilasi Protein dan Sistem Klasifikasi untuk Protein Kinase. Phil. Trans. R. Soc. Lond. B, 302, 3-11.
5. Krebs, E. (1985). Fosforilasi protein: mekanisme utama untuk regulasi biologis. Transaksi Masyarakat Biokimia, 13, 813-820.
6. Komite Nomenklatur Persatuan Internasional Biokimia dan Biologi Molekuler (NC-IUBMB). (2019). Diperoleh dari qmul.ac.uk