كينازات: الخصائص والأنواع والوظائف - مادة الاحياء - 2026

إن كيناز أو كينازات عبارة عن بروتينات ذات نشاط إنزيمي مسؤولة عن تحفيز نقل مجموعات الفوسفات (PO4-3) إلى أنواع مختلفة من الجزيئات. إنها إنزيمات شائعة للغاية في الطبيعة ، حيث تمارس وظائف متعالية للكائنات الحية: فهي تشارك في التمثيل الغذائي ، وفي إرسال الإشارات وكذلك في الاتصال الخلوي.

بفضل العدد الكبير من العمليات التي تؤدي فيها وظائف متعددة ، تعد الكينازات واحدة من أكثر أنواع البروتينات التي تمت دراستها ، ليس فقط على المستوى الكيميائي الحيوي ، ولكن أيضًا على المستوى البنيوي والجيني والخلوي.

مجالات هيكل إنزيم بيروفات كيناز (PYK) وهو إنزيم حال للجلوكوز (المصدر: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) عبر ويكيميديا ​​كومنز)

لقد تم تحديد أن الجينوم البشري يحتوي على الأقل على 500 جين ترمز للإنزيمات التي تنتمي إلى مجموعة الكينازات ، والتي يمكن أن تكون ركائزها "المستقبلة" لمجموعات الفوسفات عبارة عن كربوهيدرات ودهون ونيوكليوسيدات وبروتينات وأنواع أخرى من الجزيئات العضوية.

تصنف هذه الإنزيمات ضمن مجموعة فسفوتانسفيرازات (EC 2.7) ، وعادة ما تستخدم كجزيئات "مانحة" لمجموعات الفوسفات لمركبات عالية الطاقة مثل ATP و GTP و CTP وغيرها من المركبات ذات الصلة.

مميزات

يشير مصطلح "كيناز" ، كما تم التعليق عليه ، بشكل عام إلى جميع الإنزيمات المسؤولة عن نقل مجموعة الفوسفات الطرفية من ATP إلى مستقبل آخر أو جزيء "متقبل" لمجموعة الفوسفات.

على الرغم من حقيقة أن هذه الإنزيمات تحفز بشكل أساسي نفس تفاعل نقل مجموعة الفسفوريل ، إلا أن هناك تنوعًا كبيرًا بينها ، ليس فقط من حيث البنية ، ولكن أيضًا في خصوصية الركائز والمسارات الخلوية التي تشارك فيها.

بشكل عام ، يتكون هيكلها من صفائح مطوية و α- حلزونات مطوية خصيصًا لتشكيل الموقع النشط ، وعادة ما يحتوي الموقع النشط المذكور على أيونات موجبة الشحنة (كاتيونات) تعمل على تثبيت الشحنات السالبة لمجموعات الفوسفات التي تنقلها.

يوجد في الموقع النشط أو بالقرب منه موقعان للربط للركائز: أحدهما لـ ATP أو جزيء مانح لمجموعة الفوسفات والآخر للركيزة المراد تفسفرها.

يمكن رؤية التفاعل العام لهذه الإنزيمات (الفسفرة) على النحو التالي:

ATP + الركيزة → ADP + الركيزة المفسفرة

حيث يتبرع ATP بمجموعة الفوسفات التي تكتسبها الركيزة.

أنواع

وفقًا لتصنيف لجنة التسمية التابعة للاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية (NC-IUBMB) ، توجد الكينازات في مجموعة ناقلات الفوسفور (EC.2.7 ، الإنزيمات التي تنقل المجموعات المحتوية على الفوسفور) ، والتي تنقسم ، في حوالي 14 فئة (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

تتعلق الاختلافات الأساسية بين هذه الفئات الـ 14 من ناقلات الفوسفات بالطبيعة الكيميائية للجزيء "المستقبِل" لمجموعة الفوسفات التي تنقلها (أو طبيعة جزء الجزيء الذي يستقبل مجموعة الفوسفات).

ضمن هذه الفئة (إنزيمات إنزيمات الفوسفوتانسفيراز) توجد أيضًا بعض الإنزيمات التي تنقل مجموعات الفوسفات ولكنها لا تستخدم جزيئات ATP كـ "مانح" ، ولكنها تستخدم بدلاً من ذلك الفوسفات غير العضوي.

بشكل عام ، يتم وصف هذه الفئات على النحو التالي:

EC 2.7.1: إنزيمات Phosphotransferase التي تحتوي على كحول كمتقبل لمجموعة الفوسفات

تعتبر هذه من أهم المجموعات لاستقلاب الطاقة للعديد من الكائنات الحية ، حيث تحتوي على الإنزيمات المسؤولة عن فسفرة الكربوهيدرات ومشتقاتها ، مثل الجلوكوز والجلاكتوز والفركتوز والمانوز والجلوكوزامين والريبوز والريبولوز والزيلوز والجليسرول ، بيروفات ، ميفالونات ، أرابينوز ، إينوزيتول ، من بين أشياء أخرى كثيرة.

ومن الأمثلة على هذه الإنزيمات الشائعة هيكسوكيناز ، جلوكوكيناز ، فسفوفركتوكيناز ، وبيروفات كيناز ، التي تشارك بشكل مباشر في مسار التحلل السكري المسؤول عن أكسدة الجلوكوز لإنتاج الطاقة في شكل ATP.

EC 2.7.2: إنزيمات ناقلة الفوسفات التي تحتوي على مجموعة كربوكسيل كمستقبل لمجموعة الفوسفات

ضمن هذه الفئة من إنزيمات كيناز أو إنزيمات ناقلة الفوسفات ، توجد الإنزيمات التي تنقل مجموعات الفوسفات إلى أجزاء من الجزيئات مع مجموعات الكربوكسيل ، مثل الأسيتات ، والكاربامات ، والأسبارتات ، والفوسفوجليسيرات ، وغيرها.

EC 2.7.3:

من الناحية الأيضية ، تعتبر هذه المجموعة من الإنزيمات أيضًا ذات أهمية كبيرة ، لأنها مسؤولة عن نقل مجموعات الفوسفات إلى جزيئات مثل الكرياتينين ، والأرجينين ، والجلوتامين ، وخلات الغوانيدين ، إلخ.

EC 2.7.4: إنزيمات ناقلة الفوسفات التي لها مجموعة فوسفات أخرى كمستقبل لمجموعة الفوسفات

يعمل جزء كبير من إنزيمات هذه المجموعة في تنظيم التكوين أو التحلل المائي للمركبات عالية الطاقة مثل ATP و GTP و CTP وغيرها ، لأنها مسؤولة عن إضافة أو إزالة أو تبادل مجموعات الفوسفات بين هذه الأنواع من الجزيئات. أو سلائفها.

يشاركون أيضًا في نقل مجموعات الفوسفات إلى جزيئات فسفرة أخرى سابقًا ، والتي يمكن أن تكون دهنية بطبيعتها أو كربوهيدرات أو مشتقات منها.

أمثلة على هذه الإنزيمات الهامة هي أدينيلات كيناز ، نوكليوزيد فوسفات كيناز ، نوكليوزيد ثلاثي فوسفات أدينيلات كيناز ، كيناز UMP / CMP و farnesyl phosphate kinase ، إلخ.

EC 2.7.6: إنزيمات ثنائي فسفوتانسفيراز

تحفز Diphosphotransferases نقل مجموعتين من الفوسفات في وقت واحد إلى نفس الركيزة. ومن الأمثلة على هذه الإنزيمات ريبوز فوسفات ديفوسفوكيناز ، ثيامين ديفوسفوكيناز ، و GTP ديفوسفوكيناز ، وهو إنزيم مهم في استقلاب البيورينات.

EC 2.7.7: إنزيمات إنزيمات إنزيمات ناقلة الفوسفوتيد الخاصة بالنيوكليوتيدات (nucleotidyl phosphotransferases)

تشارك Nucleotidyl phosphotransferases في العديد من العمليات الخلوية التي تشارك في تنشيط وتعطيل البروتينات والإنزيمات الأخرى ، وكذلك في بعض آليات إصلاح الحمض النووي.

وتتمثل مهمتها في نقل النيوكليوتيدات ، وهي نيوكليوتيدات أحادية الفوسفات عمومًا ذات قواعد نيتروجينية مختلفة. في هذه الفئة من الإنزيمات يوجد بوليميراز DNA و RNA (يعتمد كل من DNA و RNA) ، UDP-glucose 1-phosphate uridyltransferase ، من بين أمور أخرى.

EC 2.7.8: إنزيمات تنقل مجموعات الفوسفات مع البدائل

هذه الفئة لها وظائف مهمة في مسارات التمثيل الغذائي للدهون ، وخاصة تركيبها. هم مسؤولون عن نقل الجزيئات المفسفرة (مجموعات الفوسفات مع البدائل) إلى الجزيئات "المستقبلة" الأخرى.

ومن الأمثلة على هذه المجموعة من الإنزيمات إيثانول أمين فسفوتانسفيراز ، دياسيل غليسيرول كولين فسفوتانفيراز ، سينثيز سفينغوميلين ، إلخ.

EC 2.7.9: إنزيمات فسفوتانسفيراز مع مستقبلات مقترنة

تستخدم هذه الإنزيمات مانحًا واحدًا لمجموعة الفوسفات (ATP أو ما يرتبط به) لفوسفوريلات جزيئين مختلفين من المستقبلين. ومن أمثلة هذه الإنزيمات بيروفات فوسفات ديكيناز (PPDK) وديكيناز الماء الفسفوجليكان.

ترانسفيرازات الفوسفور التي تفسفر بقايا الأحماض الأمينية لأنواع مختلفة من البروتينات

EC 2.7.10: بروتين كينيز التيروزين

كينازات البروتين-التيروزين هي إنزيمات تحفز نقل مجموعات الفوسفات على وجه التحديد إلى بقايا التيروزين في سلاسل بولي ببتيد لأنواع مختلفة من مستقبلات البروتين.

EC 2.7.11: بروتينات سيرين / ثريونين كينازات

مثل بروتين التيروزين كيناز ، تحفز هذه المجموعة من الإنزيمات نقل مجموعات الفوسفات إلى بقايا السيرين أو ثريونين في بروتينات أخرى.

ومن الأمثلة المعروفة على هذه البروتينات عائلة البروتين كينازات C ، والتي تشارك في مسارات متعددة ، ولكن بشكل خاص في استقلاب الدهون.

تضم هذه المجموعة أيضًا العديد من كينازات البروتين الدورية المعتمدة على GMP و AMP الدورية ، مع آثار مهمة على تمايز الخلايا ، والنمو ، والتواصل.

EC 2.7.12: الكينازات ثنائية النوعية (يمكن أن تعمل على كل من بقايا السيرين / الثريونين والتيروزين)

كينازات البروتين المنشط بالميتوجين (MAPKK) هي جزء من هذه المجموعة من الإنزيمات القادرة على الفسفرة غير الواضحة لبقايا السيرين أو الثريونين أو التيروزين من كينازات البروتين الأخرى.

كينازات البروتين-هيستيدين (EC 2.7.13) وكينازات بروتين أرجينين (EC 2.7.14)

توجد كينازات بروتينية أخرى قادرة على نقل مجموعات الفوسفات إلى بقايا الهيستيدين والأرجينين في بعض أنواع البروتينات ، وهي كينازات بروتين هيستيدين وكينازات بروتين أرجينين.

أشكال التصنيف الأخرى

وفقًا لمؤلفين مختلفين ، يمكن تصنيف الكينازات بشكل أفضل وفقًا لنوع الركيزة التي يستخدمونها كمتقبل لمجموعة الفوسفات.

يرى البعض الآخر أن أفضل طريقة لتصنيف هذه الإنزيمات هي وفقًا لبنية وخصائص موقعها النشط ، أي وفقًا لتشكل ووجود الأيونات أو جزيئات معينة فيها.

اعتمادًا على نوع الركيزة ، يمكن تصنيف الكينازات على أنها كينازات بروتينية (التي تفسفر البروتينات الأخرى) ، كينازات الدهون (التي تفسفر الدهون) ، كينازات الكربوهيدرات (التي تفسفر أنواعًا مختلفة من الكربوهيدرات) ، نيوكليوسيد فسفوريلاز (التي فسفوريلات) ، إلخ.

المميزات

إنزيمات مجموعة كينيز منتشرة في كل مكان بطبيعتها ويمكن لخلية واحدة أن تستضيف مئات الأنواع المختلفة ، مما يحفز التفاعلات على مسارات خلوية متعددة.

يمكن أن تكون وظائفها متنوعة للغاية:

- يشاركون في العديد من الإشارات الخلوية وعمليات الاتصال ، وخاصة البروتينات كينازات ، والتي تحفز الفسفرة المتتالية لكينازات البروتين الأخرى (شلالات الفسفرة) استجابة للمنبهات الداخلية والخارجية.

- لبعض هذه البروتينات ذات النشاط الأنزيمي وظائف مركزية في استقلاب الكربوهيدرات والدهون والنيوكليوتيدات والفيتامينات والعوامل المساعدة والأحماض الأمينية. على سبيل المثال ، لا يشتمل أي شيء آخر في تحلل السكر على 4 كينازات على الأقل: هيكسوكيناز ، فسفوفركتوكيناز ، فسفوغليسيرات كيناز ، وبيروفات كيناز.

- من بين وظائف الإشارات ، تشارك الكينازات في عمليات تنظيم التعبير الجيني ، وفي تقلص العضلات ، وفي مقاومة المضادات الحيوية في أنواع مختلفة من الكائنات الحية.

-كينازات البروتين-التيروزين لها وظائف في تنظيم العديد من مسارات نقل الإشارة التي ترتبط بالتطور والتواصل في metazoans متعددة الخلايا.

- يعد تعديل البروتينات عن طريق الفسفرة (في السياقات الخلوية الأخرى بخلاف إشارات الخلية) عنصرًا مهمًا في تنظيم نشاط عدد كبير من الإنزيمات التي تشارك في عمليات التمثيل الغذائي المختلفة. هذا هو مثال على تنظيم دورة الخلية بواسطة العديد من بروتينات السيكلين المعتمدة على كيناز.

- الكينازات القادرة على فسفرة الدهون ضرورية لعمليات إعادة تشكيل أغشية الخلايا ، وكذلك لتخليق وتشكيل أغشية جديدة.

المراجع

1. Cheek، S.، Zhang، H.، & Grishin، NV (2002). تصنيف التسلسل والبنية للكينازات. مجلة البيولوجيا الجزيئية ، 2836 (02) ، 855-881.
2. كوبر ، ج. (2018). موسوعة بريتانيكا. تعافى من britannica.com
3. دا سيلفا ، ج. (2012). التطورات في بروتين كيناز. رييكا ، كرواتيا: InTech Open.
4. كريبس ، إي (1983). وجهات نظر تاريخية حول فسفرة البروتين ونظام تصنيف كينازات البروتين. فيل. عبر. R. Soc. Lond. ب ، 302 ، 3-11.
5. كريبس ، إي (1985). فسفرة البروتينات: آلية رئيسية للتنظيم البيولوجي. معاملات المجتمع البيوكيميائية ، 13 ، 813-820.
6. لجنة التسمية التابعة للاتحاد الدولي للكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية (NC-IUBMB). (2019). تم الاسترجاع من qmul.ac.uk