Quinases: características, tipos, funções - Ciência - 2023

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As quinases ou quinases são proteínas com atividade enzimática que catalisam a transferência de grupos fosfato (PO4-3) para diferentes tipos de moléculas. São enzimas extremamente comuns na natureza, onde desempenham funções transcendentais para os organismos vivos: participam do metabolismo, da sinalização e também da comunicação celular.

Graças ao grande número de processos em que cumprem múltiplas funções, as quinases são um dos tipos de proteínas mais estudados, não só a nível bioquímico, mas também a nível estrutural, genético e celular.

Determinou-se que o genoma humano possui pelo menos 500 genes que codificam enzimas pertencentes ao grupo das quinases, cujos substratos "aceitadores" dos grupos fosfato podem ser carboidratos, lipídios, nucleosídeos, proteínas e outros tipos de moléculas orgânicas.

Essas enzimas são classificadas no grupo das fosfotransferases (EC 2.7), e geralmente são utilizadas como moléculas "doadoras" de grupos fosfato para compostos de alta energia, como ATP, GTP, CTP e outros relacionados.

Caracteristicas

O termo "quinase", como discutido, geralmente se refere a todas as enzimas que são responsáveis pela transferência do grupo fosfato terminal de ATP para outro receptor ou molécula "aceitadora" do grupo fosfato.

Apesar de essas enzimas catalisarem essencialmente a mesma reação de transferência do grupo fosforil, existe uma grande diversidade entre elas, não só no que diz respeito à estrutura, mas também no que diz respeito à especificidade dos substratos e das vias celulares em que participam.

Geralmente, sua estrutura é composta por folhas dobradas β e hélices α que se dobram especificamente para formar o sítio ativo, e o referido sítio ativo geralmente contém íons carregados positivamente (cátions) que estabilizam as cargas negativas dos grupos fosfato que eles transferem.

No sítio ativo ou próximo a ele, há dois sítios de ligação para substratos: um para ATP ou a molécula doadora do grupo fosfato e um para o substrato a ser fosforilado.

A reação geral dessas enzimas (fosforilação) pode ser vista da seguinte forma:

ATP + Substrato → ADP + Substrato Fosforilado

Onde o ATP doa o grupo fosfato que o substrato ganha.

Tipos

De acordo com a classificação do Comitê de Nomenclatura da União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (NC-IUBMB), as quinases são encontradas no grupo das fosfotransferases (EC. 2.7, enzimas que transferem grupos contendo fósforo), que é subdividido, por sua vez, em cerca de 14 classes (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

As diferenças fundamentais entre essas 14 classes de fosfotransferases estão relacionadas à natureza química da molécula "aceptora" do grupo fosfato que elas transferem (ou à natureza da porção da molécula que recebe o grupo fosfato).

Dentro desta categoria (enzimas fosfotransferases) também existem algumas enzimas que transferem grupos fosfato, mas não usam moléculas de ATP como um “doador”, mas, em vez disso, usam fosfatos inorgânicos.

Em geral, essas classes são descritas da seguinte maneira:

EC 2.7.1: Enzimas de fosfotransferase tendo um álcool como o aceitador de grupo fosfato

É um dos grupos mais importantes para o metabolismo energético de muitos organismos, pois contém as enzimas responsáveis pela fosforilação de carboidratos e seus derivados, como glicose, galactose, frutose, manose, glucosamina, ribose e ribulose, xilose, glicerol, piruvato, mevalonato, arabinose, inositol, entre muitos outros.

Exemplos dessas enzimas comuns são hexoquinase, glucoquinase, fosfofrutocinase e piruvato quinase, que estão diretamente envolvidas na via glicolítica, responsável pela oxidação da glicose para a produção de energia na forma de ATP.

EC 2.7.2: enzimas fosfotransferase tendo um grupo carboxila como aceitador do grupo fosfato

Dentro dessa classe de enzimas quinase ou fosfotransferase estão as enzimas que transferem grupos fosfato para porções de moléculas com grupos carboxila, como acetato, carbamato, aspartato, fosfoglicerato, entre outros.

EC 2.7.3:enzimas fosfotransferases que têm um átomo de nitrogênio como aceitador do grupo fosfato

Metabolicamente falando, esse grupo de enzimas também é de grande importância, pois são responsáveis pela transferência de grupos fosfato para moléculas como creatinina, arginina, glutamina, acetato de guanidina, etc.

EC 2.7.4: enzimas fosfotransferase que possuem outro grupo fosfato como aceitador do grupo fosfato

Grande parte das enzimas desse grupo atuam na regulação da formação ou hidrólise de compostos de alta energia como ATP, GTP, CTP e outros, pois são responsáveis pela adição, remoção ou troca de grupos fosfato entre esses tipos de moléculas. ou seus precursores.

Eles também participam da transferência de grupos fosfato para outras moléculas previamente fosforiladas, que podem ser de natureza lipídica, carboidratos ou seus derivados.

Exemplos dessas enzimas importantes são adenilato quinase, nucleosídeo fosfato quinase, nucleosídeo trifosfato adenilato quinase, UMP / CMP quinase e farnesil fosfato quinase, etc.

EC 2.7.6: enzimas difosfotransferase

As difosfotransferases catalisam a transferência de dois grupos fosfato simultaneamente para o mesmo substrato. Exemplos dessas enzimas são ribose fosfato difosfoquinase, tiamina difosfocinase e GTP difosfoquinase, que é uma enzima importante no metabolismo das purinas.

EC 2.7.7: Enzimas de fosfotransferases específicas de nucleotídeos (nucleotidil fosfotransferases)

As nucleotidil fosfotransferases participam de diversos processos celulares envolvidos na ativação e inativação de outras proteínas e enzimas, bem como em alguns mecanismos de reparo do DNA.

Sua função é transferir nucleotídeos, geralmente nucleotídeos monofosfato de diferentes bases nitrogenadas. Nessa classe de enzimas, encontram-se as polimerases de DNA e RNA (dependentes de DNA e RNA), UDP-glicose 1-fosfato uridiltransferase, entre outras.

EC 2.7.8: Enzimas que transferem grupos de fosfato com substituições

Esta classe tem funções significativas nas vias do metabolismo lipídico, especialmente na sua síntese. Eles são responsáveis pela transferência de moléculas fosforiladas (grupos fosfato com substituições) para outras moléculas "aceitadoras".

Exemplos deste grupo de enzimas são etanolamina fosfotransferase, diacilglicerol colina fosfotransferase, esfingomielina sintase, etc.

EC 2.7.9: enzimas fosfotransferase com aceitadores emparelhados

Essas enzimas usam um único doador de grupo fosfato (ATP ou relacionado) para fosforilar duas moléculas aceitadoras diferentes. Exemplos dessas enzimas são piruvato fosfato dicinase (PPDK) e fosfoglicano dicinase de água.

Fosfotransferases que fosforilam resíduos de aminoácidos de diferentes tipos de proteínas

EC 2.7.10: proteína tirosina quinases

Proteína-tirosina quinases são enzimas que catalisam a transferência de grupos fosfato especificamente para resíduos de tirosina em cadeias polipeptídicas de diferentes tipos de aceitadores de proteínas.

EC 2.7.11: proteína-serina / treonina quinases

Assim como as proteínas tirosina quinases, esse grupo de enzimas catalisa a transferência de grupos fosfato para resíduos de serina ou treonina em outras proteínas.

Um exemplo conhecido dessas proteínas é a família das proteínas quinases C, que participam de múltiplas vias, mas principalmente do metabolismo lipídico.

Também incluídos neste grupo estão muitas proteínas quinases cíclicas e AMP cíclicas dependentes de GMP, com implicações importantes para a diferenciação, crescimento e comunicação celular.

EC 2.7.12: as quinases são duplamente específicas (podem atuar nos resíduos de serina / treonina e tirosina)

As proteínas quinases ativadas por mitogênio (MAPKK) fazem parte deste grupo de enzimas que são capazes de fosforilar indistintamente resíduos de serina, treonina ou tirosina de outras proteínas quinases.

Proteína-histidina quinases (EC 2.7.13) e proteína-arginina quinases (EC 2.7.14)

Existem outras proteínas quinases capazes de transferir grupos fosfato para resíduos de histidina e arginina em alguns tipos de proteínas e estas são as proteínas-histidina quinases e as proteínas-arginina quinases.

Outras formas de classificação

De acordo com diferentes autores, as quinases podem ser melhor classificadas de acordo com o tipo de substrato que usam como aceptor do grupo fosfato.

Outros consideram que a melhor forma de classificar essas enzimas é de acordo com a estrutura e as características de seu sítio ativo, ou seja, de acordo com a conformação e a presença de íons ou de certas moléculas nela.

Dependendo do tipo de substrato, as quinases podem ser classificadas como proteínas quinases (que fosforilam outras proteínas), lipídios quinases (que fosforilam lipídios), carboidratos quinases (que fosforilam diferentes tipos de carboidratos), nucleosídeo fosforilases (que fosforilam nucleosídeos), etc.

Características

As enzimas do grupo quinase são onipresentes na natureza e uma única célula pode abrigar centenas de tipos diferentes, catalisando reações em várias vias celulares.

Suas funções podem ser muito diversas:

-Participam de vários processos de sinalização e comunicação celular, especialmente proteínas quinases, que catalisam a fosforilação consecutiva de outras proteínas quinases (cascatas de fosforilação) em resposta a estímulos internos e externos.

-Algumas dessas proteínas com atividade enzimática têm funções centrais no metabolismo de carboidratos, lipídios, nucleotídeos, vitaminas, cofatores e aminoácidos. Por exemplo, nada mais na glicólise envolve pelo menos 4 quinases: hexoquinase, fosfofrutocinase, fosfoglicerato quinase e piruvato quinase.

-Entre as funções de sinalização, as quinases estão envolvidas nos processos de regulação da expressão gênica, contração muscular e resistência aos antibióticos em diferentes tipos de organismos vivos.

-Proteína-tirosina quinases têm funções na regulação de muitas vias de transdução de sinal que estão relacionadas ao desenvolvimento e comunicação em metazoários multicelulares.

-A modificação de proteínas por fosforilação (em outros contextos celulares que não a sinalização celular) é um elemento importante na regulação da atividade de um grande número de enzimas que participam de diferentes processos metabólicos. Esse é o exemplo da regulação do ciclo celular por muitas proteínas ciclinas dependentes de quinase.

-Quinases capazes de fosforilar lipídios são essenciais para os processos de remodelação das membranas celulares, bem como para a síntese e formação de novas membranas.

Referências

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Comitê de Nomenclatura da União Internacional de Bioquímica e Biologia Molecular (NC-IUBMB). (2019). Obtido em qmul.ac.uk