Il chinasi o chinasiSono proteine con attività enzimatica responsabili della catalizzazione del trasferimento dei gruppi fosfato (PO4-3) a diversi tipi di molecole. Sono enzimi estremamente comuni in natura, dove svolgono funzioni trascendentali per gli organismi viventi: partecipano al metabolismo, alla segnalazione e anche alla comunicazione cellulare..
Grazie all'elevato numero di processi in cui svolgono molteplici funzioni, le chinasi sono uno dei tipi di proteine più studiati, non solo a livello biochimico, ma anche a livello strutturale, genetico e cellulare.
È stato determinato che il genoma umano ha almeno 500 geni che codificano per enzimi appartenenti al gruppo delle chinasi, i cui substrati "accettori" di gruppi fosfato possono essere carboidrati, lipidi, nucleosidi, proteine e altri tipi di molecole organiche.
Questi enzimi sono classificati nel gruppo delle fosfotransferasi (EC 2.7) e di solito vengono utilizzati come molecole "donatrici" di composti ad alta energia di gruppi fosfato come ATP, GTP, CTP e altri correlati.
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Il termine "chinasi", come è stato commentato, si riferisce comunemente a tutti gli enzimi responsabili del trasferimento del gruppo fosfato terminale dell'ATP ad un altro recettore o molecola "accettore" del gruppo fosfato..
Nonostante il fatto che questi enzimi catalizzano essenzialmente la stessa reazione di trasferimento del gruppo fosforile, c'è una grande diversità tra loro, non solo in termini di struttura, ma anche nella specificità dei substrati e delle vie cellulari a cui partecipano..
Generalmente, la sua struttura è composta da fogli β-piegati e α-eliche che si piegano specificamente per formare il sito attivo, e detto sito attivo di solito contiene ioni caricati positivamente (cationi) che stabilizzano le cariche negative dei gruppi fosfato che trasferiscono.
Due siti di legame per i substrati si trovano in corrispondenza o vicino al sito attivo: uno per l'ATP o la molecola donatrice del gruppo fosfato e uno per il substrato da fosforilare..
La reazione generale di questi enzimi (fosforilazione) può essere vista come segue:
ATP + Substrato → ADP + Substrato fosforilato
Dove ATP dona il gruppo fosfato che il substrato guadagna.
Secondo la classificazione del Comitato per la nomenclatura della International Union of Biochemistry and Molecular Biology (NC-IUBMB), le chinasi si trovano nel gruppo delle fosfotransferasi (EC. 2.7, enzimi che trasferiscono gruppi contenenti fosforo), che è suddiviso, in turno, in circa 14 classi (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).
Le differenze fondamentali tra queste 14 classi di fosfotransferasi sono legate alla natura chimica della molecola "accettore" del gruppo fosfato che trasferiscono (o alla natura della porzione della molecola che riceve il gruppo fosfato)..
All'interno di questa categoria (enzimi fosfotransferasi) ci sono anche alcuni enzimi che trasferiscono gruppi fosfato ma non utilizzano molecole di ATP come "donatori", ma utilizzano invece fosfati inorganici..
In generale, queste classi sono descritte come segue:
Questo è uno dei gruppi più importanti per il metabolismo energetico di molti organismi, in quanto contiene gli enzimi responsabili della fosforilazione dei carboidrati e loro derivati, come glucosio, galattosio, fruttosio, mannosio, glucosamina, ribosio e ribulosio, xilosio, glicerolo , piruvato, mevalonato, arabinosio, inositolo, tra molti altri.
Esempi di questi enzimi comuni sono esochinasi, glucochinasi, fosfofruttochinasi e piruvato chinasi, che sono direttamente coinvolti nella via glicolitica responsabile dell'ossidazione del glucosio per la produzione di energia sotto forma di ATP.
All'interno di questa classe di enzimi chinasi o fosfotransferasi ci sono gli enzimi che trasferiscono i gruppi fosfato a porzioni di molecole con gruppi carbossilici, come acetato, carbammato, aspartato, fosfoglicerato, tra gli altri..
Metabolicamente parlando, anche questo gruppo di enzimi è di grande importanza, poiché sono responsabili del trasferimento di gruppi fosfato a molecole come creatinina, arginina, glutammina, guanidina-acetato, ecc..
Gran parte degli enzimi in questo gruppo funzionano nella regolazione della formazione o idrolisi di composti ad alta energia come ATP, GTP, CTP e altri, poiché sono responsabili dell'aggiunta, rimozione o scambio di gruppi fosfato tra questi tipi di molecole. o dei suoi precursori.
Partecipano anche al trasferimento di gruppi fosfato ad altre molecole precedentemente fosforilate, che possono essere di natura lipidica, carboidrati o loro derivati..
Esempi di questi importanti enzimi sono l'adenilato chinasi, nucleoside fosfato chinasi, nucleoside trifosfato adenilato chinasi, UMP / CMP chinasi e farnesil fosfato chinasi, ecc..
Le difosfotransferasi catalizzano il trasferimento simultaneo di due gruppi fosfato allo stesso substrato. Esempi di questi enzimi sono la ribosio-fosfato difosfochinasi, la tiamina difosfochinasi e la GTP difosfochinasi, che è un enzima importante nel metabolismo delle purine..
Le nucleotidil fosfotransferasi partecipano a molti processi cellulari coinvolti nell'attivazione e inattivazione di altre proteine ed enzimi, nonché in alcuni meccanismi di riparazione del DNA.
La sua funzione è quella di trasferire nucleotidi, generalmente nucleotidi monofosfati di diverse basi azotate. In questa classe di enzimi ci sono DNA e RNA polimerasi (sia DNA che RNA dipendenti), UDP-glucosio 1-fosfato uridiltransferasi, tra gli altri.
Questa classe ha funzioni significative nelle vie del metabolismo dei lipidi, in particolare nella loro sintesi. Sono responsabili del trasferimento di molecole fosforilate (gruppi fosfato con sostituzioni) ad altre molecole "accettori"..
Esempi di questo gruppo di enzimi sono etanolamina fosfotransferasi, diacilglicerolo colina fosfotransferasi, sfingomielina sintasi, ecc..
Questi enzimi utilizzano un singolo donatore del gruppo fosfato (ATP o correlato) per fosforilare due diverse molecole accettori. Esempi di questi enzimi sono la piruvato fosfato dichinasi (PPDK) e l'acqua fosfoglicana dichinasi..
Le proteine tirosin chinasi sono enzimi che catalizzano il trasferimento di gruppi fosfato specificamente ai residui di tirosina nelle catene polipeptidiche di diversi tipi di accettori di proteine..
Come le proteine tirosin chinasi, questo gruppo di enzimi catalizza il trasferimento dei gruppi fosfato ai residui di serina o treonina in altre proteine..
Un esempio noto di queste proteine è la famiglia delle protein chinasi C, che partecipano a molteplici vie, ma soprattutto al metabolismo dei lipidi..
In questo gruppo sono inclusi anche molti AMP ciclici e protein chinasi cicliche dipendenti da GMP, con importanti implicazioni per la differenziazione, la crescita e la comunicazione cellulare..
Le protein chinasi attivate dal mitogeno (MAPKK) fanno parte di questo gruppo di enzimi in grado di fosforilare in modo intercambiabile residui di serina, treonina o tirosina di altre protein chinasi..
Esistono altre protein chinasi in grado di trasferire gruppi fosfato a residui di istidina e arginina in alcuni tipi di proteine e queste sono le proteine-istidina chinasi e le proteine-arginina chinasi..
Secondo diversi autori, le chinasi possono essere meglio classificate in base al tipo di substrato che usano come accettore del gruppo fosfato..
Altri ritengono che il modo migliore per classificare questi enzimi sia in base alla struttura e alle caratteristiche del loro sito attivo, cioè in base alla conformazione e alla presenza di ioni o di determinate molecole in esso..
A seconda del tipo di substrato, le chinasi possono essere classificate come protein chinasi (che fosforilano altre proteine), lipidi chinasi (che fosforilano i lipidi), carboidrati chinasi (che fosforilano diversi tipi di carboidrati), nucleosidi fosforilati (che fosforilano nucleosidi), ecc..
Gli enzimi del gruppo chinasi sono onnipresenti in natura e una singola cellula può ospitare centinaia di tipi diversi, catalizzando reazioni su più percorsi cellulari..
Le sue funzioni possono essere molto diverse:
-Partecipano a molteplici processi di segnalazione e comunicazione cellulare, in particolare protein chinasi, che catalizzano la fosforilazione consecutiva di altre protein chinasi (cascate di fosforilazione) in risposta a stimoli interni ed esterni..
-Alcune di queste proteine ad attività enzimatica hanno funzioni centrali nel metabolismo di carboidrati, lipidi, nucleotidi, vitamine, cofattori e amminoacidi. Ad esempio, nient'altro nella glicolisi coinvolge almeno 4 chinasi: esochinasi, fosfofruttochinasi, fosfoglicerato chinasi e piruvato chinasi..
-Tra le funzioni di segnalazione, le chinasi sono coinvolte nei processi di regolazione dell'espressione genica, contrazione muscolare e resistenza agli antibiotici in diversi tipi di organismi viventi.
-Le proteine tirosina chinasi svolgono un ruolo nella regolazione di molte vie di trasduzione del segnale che sono correlate allo sviluppo e alla comunicazione nei metazoi multicellulari..
-La modifica delle proteine mediante fosforilazione (in altri contesti cellulari diversi dalla segnalazione cellulare) è un elemento importante nella regolazione dell'attività di un gran numero di enzimi che partecipano a diversi processi metabolici. Questo è l'esempio della regolazione del ciclo cellulare da parte di molte proteine cicliniche dipendenti dalla chinasi..
-Le chinasi capaci di fosforilare i lipidi sono essenziali per i processi di rimodellamento delle membrane cellulari, nonché per la sintesi e la formazione di nuove membrane.
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