Креатинкиназа ( CK ), также известная как креатинфосфокиназа ( CPK ) или фосфокреатинкиназа , представляет собой фермент ( EC 2.7.3.2), экспрессируемый различными тканями и типами клеток. ФК катализирует превращение креатина и использует аденозинтрифосфат (АТФ) для создания фосфокреатина (ПКр) и аденозиндифосфата (АДФ). Эта ферментативная реакция CK обратима, и поэтому АТФ может образовываться из PCr и ADP.
В тканях и клетках, которые быстро потребляют АТФ, особенно в скелетных мышцах , а также в головном мозге, фоторецепторных клетках сетчатки , волосковых клетках внутреннего уха , сперматозоидах и гладких мышцах , ПЦР служит энергетическим резервуаром для быстрой буферизации и регенерации АТФ в организме . situ , а также для внутриклеточного транспорта энергии с помощью челнока или цепи PCr. [2] Таким образом, креатинкиназа является важным ферментом в таких тканях. [3]
Клинически креатинкиназа оценивается в анализах крови как маркер повреждения тканей, богатых ЦК, например, при инфаркте миокарда (сердечный приступ), рабдомиолизе (тяжелом распаде мышц), мышечной дистрофии , аутоиммунных миозитах и остром повреждении почек . [4]
В клетках цитозольные ферменты ЦК состоят из двух субъединиц, которые могут быть либо В (мозгового типа), либо М (мышечного типа). Таким образом, существует три разных изофермента : CK-MM, CK-BB и CK-MB. Гены этих субъединиц расположены на разных хромосомах : B на 14q32 и M на 19q13. В дополнение к этим трем цитозольным изоформам ЦК существуют два изофермента митохондриальной креатинкиназы: повсеместная форма и саркомерная форма. Функциональной единицей митохондриальных изоформ ЦК является октамер , состоящий из четырех димеров каждый. [5]
В то время как митохондриальная креатинкиназа непосредственно участвует в образовании фосфокреатина из митохондриального АТФ, цитозольный СК регенерирует АТФ из АДФ с помощью ПЦР. Это происходит во внутриклеточных участках, где АТФ используется в клетке, при этом ЦК действует как регенератор АТФ in situ .
Паттерны изоферментов различаются в тканях. Скелетные мышцы экспрессируют CK-MM (98%) и низкие уровни CK-MB (1%). Миокард ( сердечная мышца), напротив, экспрессирует CK-MM в 70% и CK-MB в 25–30%. CK-BB преимущественно экспрессируется в мозге и гладких мышцах, включая сосудистую ткань и ткань матки.
Первой структурой креатинкиназы, решенной с помощью рентгеновской кристаллографии белков, была структура октамерной саркомерной митохондриальной CK мышечного типа (s-mtCK) в 1996 году [6] , за которой последовала структура повсеместно распространенной митохондриальной CK (u-mtCK) ) в 2000 году. [7] Обе изоформы mt-CK образуют октамерные структуры (построенные из 4 бананоподобных димеров) с четырехкратной симметрией и центральным каналом. [8] [9] [7] Атомная структура банановидного димерного цитозольного мозгового типа BB-CK была решена в 1999 году с разрешением 1,4 Å . [10] Цитозольный BB-CK, а также MM-CK мышечного типа образуют бананообразные симметричные димеры с одним каталитическим активным центром в каждой субъединице. [11]
Митохондриальная креатинкиназа (CKm ) присутствует в межмембранном пространстве митохондрий , где она регенерирует фосфокреатин (PCr) из митохондриально генерируемого АТФ и креатина (Cr), импортируемого из цитозоля . Помимо двух митохондриальных изоферментных форм ЦК, то есть повсеместно встречающегося мтКК (присутствующего в немышечных тканях) и саркомерного мтКК (присутствующего в саркомерных мышцах), в цитозоле присутствуют три цитозольные изоформы ЦК, в зависимости от ткани. В то время как MM-CK экспрессируется в саркомерных мышцах, то есть в скелетных и сердечных мышцах, MB-CK экспрессируется в сердечной мышце, а BB-CK экспрессируется в гладких мышцах и в большинстве немышечных тканей.
Митохондриальные мтКК и цитозольные КК соединены в так называемый PCr/Cr-челночный или контур. ПЦР, генерируемый мтКК в митохондриях, переносится в цитозольную ЦК, которая связана с АТФ-зависимыми процессами, например АТФазами, такими как актомиозиновая АТФаза и кальциевая АТФаза, участвующие в сокращении мышц, и натрий/калиевая АТФаза, участвующая в задержке натрия в почках. Связанная цитозольная CK принимает PCr, проходящий через клетку, и использует ADP для регенерации АТФ, которая затем может использоваться АТФазами в качестве источника энергии (CK тесно связана с АТФазами, образуя функционально связанный микрокомпартмент ) . PCr является не только энергетическим буфером, но и формой клеточного транспорта энергии между субклеточными участками производства энергии (АТФ) (митохондрии и гликолиз) и местами использования энергии (АТФазы). [2]
Таким образом, КК усиливает сократимость скелетных, сердечных и гладких мышц и участвует в формировании артериального давления . [12] Кроме того, действие креатинкиназы по улавливанию АДФ связано с нарушениями свертываемости крови : люди с высоким уровнем КФК в плазме могут быть склонны к сильным кровотечениям. [13]
КК часто определяется в плановом порядке в медицинской лаборатории . Раньше его определяли специально у пациентов с болью в груди , но теперь этот тест был заменен тропонином . Нормальные значения в состоянии покоя обычно составляют от 60 до 400 МЕ/ л [15] , где одна единица представляет собой активность фермента , точнее количество фермента, которое будет катализировать 1 мкмоль субстрата в минуту при определенных условиях (температура, pH, концентрация субстрата и активаторы [16] ). Этот тест не специфичен для типа повышенного уровня КК.
Уровень креатинкиназы в крови может быть высоким как у здоровых, так и при болезнях. Физические упражнения увеличивают отток креатинкиназы в кровоток на срок до недели, и это наиболее распространенная причина высокого уровня КК в крови. [17] Кроме того, высокий уровень КФК в крови может быть связан с высоким уровнем внутриклеточного КК, например, у лиц африканского происхождения. [18]
Наконец, высокий уровень КК в крови может быть признаком повреждения тканей, богатых КК, например, при рабдомиолизе , инфаркте миокарда , миозите и миокардите . Это означает, что уровень креатинкиназы в крови может повышаться при широком спектре клинических состояний, включая прием таких лекарств, как статины ; эндокринные расстройства, такие как гипотиреоз ; [19] и заболевания и расстройства скелетных мышц, включая злокачественную гипертермию , [20] и злокачественный нейролептический синдром . [21]
Более того, определение изоферментов в прошлом широко использовалось в качестве индикатора повреждения миокарда при сердечных приступах. Измерение тропонина в значительной степени заменило это измерение во многих больницах, хотя некоторые центры по-прежнему полагаются на CK-MB.
Этот фермент часто упоминается в медицинской литературе под неверным названием «креатининкиназа». Креатинин не является субстратом или продуктом фермента. [22]