Протеинкиназа — это киназа , которая избирательно модифицирует другие белки путем ковалентного добавления к ним фосфатов ( фосфорилирование ) в отличие от киназ, которые модифицируют липиды, углеводы или другие молекулы . Фосфорилирование обычно приводит к функциональному изменению белка-мишени ( субстрата ) за счет изменения активности фермента , клеточного местоположения или ассоциации с другими белками. Геном человека содержит около 500 генов протеинкиназ, и они составляют около 2% всех генов человека. [1] Существует два основных типа протеинкиназ. Подавляющее большинство из них представляют собой серин/треониновые киназы , которые фосфорилируют гидроксильные группы серинов и треонинов в своих мишенях. Большинство остальных представляют собой тирозинкиназы , хотя существуют и другие типы. [2] Протеинкиназы также обнаружены у бактерий и растений . До 30% всех белков человека могут быть модифицированы за счет активности киназы, а известно, что киназы регулируют большинство клеточных путей, особенно тех, которые участвуют в передаче сигнала .
Химическая активность протеинкиназы включает удаление фосфатной группы из АТФ и ковалентное присоединение ее к одной из трех аминокислот , имеющих свободную гидроксильную группу . Большинство киназ действуют как на серин , так и на треонин , другие действуют на тирозин , а некоторые ( киназы двойной специфичности ) действуют на все три. [3] Существуют также протеинкиназы, которые фосфорилируют другие аминокислоты, в том числе гистидинкиназы , которые фосфорилируют остатки гистидина. [4]
Эукариотические протеинкиназы представляют собой ферменты, принадлежащие к очень обширному семейству белков, имеющих консервативное каталитическое ядро. [5] [6] [7] [8] Определены структуры более 280 протеинкиназ человека. [9]
В каталитическом домене протеинкиназ имеется ряд консервативных участков. На N- конце каталитического домена имеется участок остатков, богатый глицином , вблизи аминокислоты лизина , которая, как было показано, участвует в связывании АТФ. В центральной части каталитического домена находится консервативная аспарагиновая кислота , важная для каталитической активности фермента. [10]
Серин/треониновые протеинкиназы ( EC 2.7.11.1) фосфорилируют ОН-группу серина или треонина (которые имеют схожие боковые цепи). Активность этих протеинкиназ может регулироваться специфическими событиями (например, повреждением ДНК), а также многочисленными химическими сигналами, включая цАМФ / цГМФ , диацилглицерин и Са 2+ / кальмодулин . Одной из очень важных групп протеинкиназ являются MAP-киназы (аббревиатура от «митоген-активируемые протеинкиназы»). Важными подгруппами являются киназы подсемейства ERK, обычно активируемые митогенными сигналами, и стресс-активируемые протеинкиназы JNK и p38. Хотя MAP-киназы являются серин/треонин-специфичными, они активируются путем комбинированного фосфорилирования по остаткам серина/треонина и тирозина. Активность MAP-киназ ограничивается рядом протеинфосфатаз, которые удаляют фосфатные группы, которые добавляются к специфическим сериновым или треониновым остаткам киназы и необходимы для поддержания киназы в активной конформации.
Тирозин -специфические протеинкиназы ( EC 2.7.10.1 и EC 2.7.10.2) фосфорилируют аминокислотные остатки тирозина и, подобно серин/треонин-специфичным киназам, используются для передачи сигнала . Они действуют в первую очередь как рецепторы факторов роста и в последующей передаче сигналов от факторов роста. [11] Вот некоторые примеры:
Эти киназы состоят из внеклеточных доменов, трансмембранного, охватывающего альфа-спираль , и внутриклеточного домена тирозинкиназы , выступающего в цитоплазму . Они играют важную роль в регуляции клеточного деления , клеточной дифференциации и морфогенеза . У млекопитающих известно более 50 рецепторов тирозинкиназ.
Внеклеточные домены служат лиганд -связывающей частью молекулы, часто индуцируя образование гомо- или гетеродимеров . Трансмембранный элемент представляет собой одну α-спираль. Внутриклеточный или цитоплазматический протеинкиназный домен отвечает за (высококонсервативную) киназную активность, а также за ряд регуляторных функций.
Связывание лиганда вызывает две реакции:
Аутофосфорилирование стабилизирует активную конформацию киназного домена. Когда в киназном домене присутствуют несколько аминокислот, пригодных для фосфорилирования (например, рецептор инсулиноподобного фактора роста), активность киназы может возрастать с увеличением количества фосфорилированных аминокислот; в этом случае первое фосфорилирование переключает киназу из «выключенного» состояния в «режим ожидания».
Активная тирозинкиназа фосфорилирует специфические белки-мишени, которые часто сами являются ферментами. Важной мишенью является цепь передачи сигнала белка ras .
Тирозинкиназы, рекрутированные на рецептор после связывания гормона, представляют собой рецептор-ассоциированные тирозинкиназы и участвуют в ряде сигнальных каскадов, в частности в тех, которые участвуют в передаче сигналов цитокинов (но также и в других, включая гормон роста ). Одной из таких рецептор-ассоциированных тирозинкиназ является Янус-киназа (JAK), многие из эффектов которой опосредованы белками STAT . ( См. путь JAK-STAT . )
Некоторые киназы обладают киназной активностью двойной специфичности . Например, MEK (MAPKK), который участвует в MAP-киназном каскаде, представляет собой одновременно серин/треониновую и тирозиновую киназу.
Гистидинкиназы структурно отличаются от большинства других протеинкиназ и обнаруживаются в основном у прокариот как часть механизмов двухкомпонентной передачи сигнала. Фосфатная группа АТФ сначала добавляется к остатку гистидина в киназе, а затем переносится к остатку аспартата в «домене-приемнике» другого белка, а иногда и на самой киназе. Остаток аспартилфосфата затем активен в передаче сигнала.
Гистидинкиназы широко обнаружены у прокариот, а также у растений, грибов и эукариот. Семейство киназ пируватдегидрогеназы у животных структурно связано с гистидинкиназами, но вместо этого фосфорилирует остатки серина и, вероятно, не использует промежуточный фосфогистидин.
Дерегулированная активность киназы является частой причиной заболеваний, в частности рака, при этом киназы регулируют многие аспекты, контролирующие рост, движение и смерть клеток. Препараты, ингибирующие специфические киназы, разрабатываются для лечения ряда заболеваний, а некоторые из них в настоящее время используются в клинической практике, в том числе Гливек ( иматиниб ) и Иресса ( гефитиниб ).
Разработка лекарств для ингибиторов киназ начинается с анализа киназ, ведущие соединения обычно анализируются на предмет специфичности, прежде чем переходить к дальнейшим испытаниям. Доступны многие услуги по профилированию, от флуоресцентных анализов до обнаружения на основе радиоизотопов и анализов конкурентного связывания.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( помощь ){{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( помощь )