KINASES: CARACTÉRISTIQUES, TYPES, FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

La kinase ou kinases sont des protéines à activité enzymatique chargées de catalyser le transfert de groupements phosphate (PO4-3) vers différents types de molécules. Ce sont des enzymes extrêmement courantes dans la nature, où elles remplissent des fonctions transcendantales pour les organismes vivants: elles participent au métabolisme, à la signalisation et aussi à la communication cellulaire.

Grâce au grand nombre de processus dans lesquels elles remplissent de multiples fonctions, les kinases sont l'un des types de protéines les plus étudiés, non seulement au niveau biochimique, mais aussi au niveau structurel, génétique et cellulaire.

Domaines de la structure de l'enzyme Pyruvate kinase (PYK) une enzyme glycolytique (Source: Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) via Wikimedia Commons)

Il a été déterminé que le génome humain possède au moins 500 gènes qui codent pour des enzymes appartenant au groupe des kinases, dont les substrats «accepteurs» des groupes phosphate peuvent être des glucides, des lipides, des nucléosides, des protéines et d'autres types de molécules organiques.

Ces enzymes sont classées dans le groupe des phosphotransférases (EC 2.7), et sont généralement utilisées comme molécules «donneuses» de groupes phosphate pour des composés à haute énergie tels que l'ATP, le GTP, le CTP et d'autres apparentés.

caractéristiques

Le terme "kinase", comme cela a été commenté, se réfère couramment à toutes les enzymes qui sont responsables du transfert du groupe phosphate terminal de l'ATP vers un autre récepteur ou molécule "accepteur" du groupe phosphate.

Malgré le fait que ces enzymes catalysent essentiellement la même réaction de transfert de groupe phosphoryle, il existe une grande diversité parmi elles, non seulement en termes de structure, mais aussi dans la spécificité des substrats et des voies cellulaires dans lesquelles elles participent.

Généralement, sa structure est composée de feuillets pliés β et d'hélices α qui se replient spécifiquement pour former le site actif, et ledit site actif contient généralement des ions (cations) chargés positivement qui stabilisent les charges négatives des groupements phosphate qu'ils transfèrent.

Au niveau ou à proximité du site actif se trouvent deux sites de liaison pour les substrats: un pour l'ATP ou la molécule donneuse de groupe phosphate et un pour le substrat à phosphoryler.

La réaction générale de ces enzymes (phosphorylation) peut être considérée comme suit:

ATP + Substrat → ADP + Substrat phosphorylé

Où l'ATP fait don du groupe phosphate que le substrat gagne.

Les types

Selon la classification du Comité de nomenclature de l'Union internationale de biochimie et de biologie moléculaire (NC-IUBMB), les kinases se trouvent dans le groupe des phosphotransférases (EC.2.7, enzymes qui transfèrent des groupes contenant du phosphore), qui est subdivisé, à leur tour, dans environ 14 classes (EC 2.7.1 - EC 2.7.14).

Les différences fondamentales entre ces 14 classes de phosphotransférases concernent la nature chimique de la molécule «accepteur» du groupement phosphate qu'elles transfèrent (ou la nature de la partie de la molécule qui reçoit le groupement phosphate).

Dans cette catégorie (enzymes phosphotransférases) se trouvent également des enzymes qui transfèrent des groupes phosphate mais n'utilisent pas de molécules ATP comme «donneur», mais utilisent à la place des phosphates inorganiques.

En gros, ces classes sont décrites comme suit:

CE 2.7.1: Enzymes phosphotransférases ayant un alcool comme accepteur de groupe phosphate

C'est l'un des groupes les plus importants pour le métabolisme énergétique de nombreux organismes, car il contient les enzymes responsables de la phosphorylation des glucides et de leurs dérivés, tels que le glucose, le galactose, le fructose, le mannose, la glucosamine, le ribose et le ribulose, le xylose, le glycérol, pyruvate, mévalonate, arabinose, inositol, entre autres.

Des exemples de ces enzymes courantes sont l'hexokinase, la glucokinase, la phosphofructokinase et la pyruvate kinase, qui sont directement impliquées dans la voie glycolytique responsable de l'oxydation du glucose pour la production d'énergie sous forme d'ATP.

CE 2.7.2: enzymes phosphotransférases ayant un groupe carboxyle comme accepteur du groupe phosphate

Dans cette classe d'enzymes kinases ou phosphotransférases se trouvent les enzymes qui transfèrent des groupes phosphate à des parties de molécules avec des groupes carboxyle, tels que l'acétate, le carbamate, l'aspartate, le phosphoglycérate, entre autres.

CE 2.7.3:

Sur le plan métabolique, ce groupe d'enzymes est également d'une grande importance, car ils sont responsables du transfert de groupes phosphate vers des molécules telles que la créatinine, l'arginine, la glutamine, l'acétate de guanidine, etc.

CE 2.7.4: enzymes phosphotransférases qui ont un autre groupe phosphate comme accepteur du groupe phosphate

Une grande partie des enzymes de ce groupe fonctionne dans la régulation de la formation ou de l'hydrolyse de composés à haute énergie tels que l'ATP, le GTP, le CTP et autres, car ils sont responsables de l'ajout, de l'élimination ou de l'échange de groupes phosphate entre ces types de molécules. ou ses précurseurs.

Ils participent également au transfert de groupements phosphate vers d'autres molécules préalablement phosphorylées, qui peuvent être de nature lipidique, glucidiques ou leurs dérivés.

Des exemples de ces enzymes importantes sont l'adénylate kinase, la nucléoside phosphate kinase, la nucléoside triphosphate adénylate kinase, l'UMP / CMP kinase et la farnésyl phosphate kinase, etc.

CE 2.7.6: enzymes diphosphotransférases

Les diphosphotransférases catalysent le transfert de deux groupes phosphate simultanément sur le même substrat. Des exemples de ces enzymes sont la ribose phosphate diphosphokinase, la thiamine diphosphokinase et la GTP diphosphokinase, qui est une enzyme importante dans le métabolisme des purines.

CE 2.7.7: enzymes phosphotransférases spécifiques des nucléotides (nucléotidyl phosphotransférases)

Les nucléotidyl phosphotransférases participent à de nombreux processus cellulaires impliqués dans l'activation et l'inactivation d'autres protéines et enzymes, ainsi que dans certains mécanismes de réparation de l'ADN.

Sa fonction est de transférer des nucléotides, généralement des nucléotides monophosphatés de différentes bases azotées. Dans cette classe d'enzymes, il y a l'ADN et l'ARN polymérases (dépendant à la fois de l'ADN et de l'ARN), l'UDP-glucose 1-phosphate uridyltransférase, entre autres.

EC 2.7.8: enzymes transférant des groupes phosphate avec substitutions

Cette classe a des fonctions importantes dans les voies du métabolisme des lipides, en particulier leur synthèse. Ils sont responsables du transfert de molécules phosphorylées (groupements phosphate avec substitutions) vers d'autres molécules "accepteurs".

Des exemples de ce groupe d'enzymes sont l'éthanolamine phosphotransférase, la diacylglycérol choline phosphotransférase, la sphingomyéline synthase, etc.

CE 2.7.9: enzymes phosphotransférases avec récepteurs appariés

Ces enzymes utilisent un seul donneur de groupe phosphate (ATP ou apparenté) pour phosphoryler deux molécules accepteurs différentes. Des exemples de ces enzymes sont la pyruvate phosphate dikinase (PPDK) et la phosphoglycane eau dikinase.

Phosphotransférases qui phosphorylent les résidus d'acides aminés de différents types de protéines

CE 2.7.10: protéine tyrosine kinases

Les protéines-tyrosine kinases sont des enzymes qui catalysent le transfert de groupes phosphate spécifiquement aux résidus tyrosine dans les chaînes polypeptidiques de différents types d'accepteurs de protéines.

CE 2.7.11: protéine-sérine / thréonine kinases

Comme le font les protéines tyrosine kinases, ce groupe d'enzymes catalyse le transfert de groupes phosphate vers des résidus sérine ou thréonine dans d'autres protéines.

Un exemple connu de ces protéines est la famille des protéines kinases C, qui participent à de multiples voies, mais surtout au métabolisme lipidique.

Sont également inclus dans ce groupe de nombreuses protéines kinases AMP cycliques et dépendantes des GMP cycliques, avec des implications importantes pour la différenciation cellulaire, la croissance et la communication.

CE 2.7.12: les kinases ont une double spécificité (elles peuvent agir à la fois sur les résidus sérine / thréonine et tyrosine)

Les protéines kinases kinases activées par un mitogène (MAPKK) font partie de ce groupe d'enzymes capables de phosphoryler indistinctement les résidus sérine, thréonine ou tyrosine d'autres protéines kinases.

Protéine-histidine kinases (EC 2.7.13) et protéine-arginine kinases (EC 2.7.14)

Il existe d'autres protéines kinases capables de transférer des groupes phosphate en résidus histidine et arginine dans certains types de protéines et ce sont les protéines-histidine kinases et les protéines-arginine kinases.

Autres formes de classification

Selon différents auteurs, les kinases peuvent être mieux classées selon le type de substrat qu'elles utilisent comme accepteur de groupe phosphate.

D'autres considèrent que la meilleure manière de classer ces enzymes est selon la structure et les caractéristiques de leur site actif, c'est-à-dire selon la conformation et la présence d'ions ou de certaines molécules en son sein.

Selon le type de substrat, les kinases peuvent être classées comme des protéines kinases (qui phosphorylent d'autres protéines), des lipides kinases (qui phosphorylent les lipides), des glucides kinases (qui phosphorylent différents types de glucides), des nucléoside phosphorylases (qui phosphorylent les nucléosides), etc.

Caractéristiques

Les enzymes du groupe kinase sont omniprésentes dans la nature et une seule cellule peut héberger des centaines de types différents, catalysant des réactions sur de multiples voies cellulaires.

Ses fonctions peuvent être très diverses:

-Ils participent à de multiples processus de signalisation et de communication cellulaires, en particulier les protéines kinases, qui catalysent la phosphorylation consécutive d'autres protéines kinases (cascades de phosphorylation) en réponse à des stimuli internes et externes.

-Certaines de ces protéines à activité enzymatique ont des fonctions centrales dans le métabolisme des glucides, lipides, nucléotides, vitamines, cofacteurs et acides aminés. Par exemple, rien d'autre dans la glycolyse n'implique au moins 4 kinases: hexokinase, phosphofructokinase, phosphoglycérate kinase et pyruvate kinase.

-Parmi les fonctions de signalisation, les kinases sont impliquées dans les processus de régulation de l'expression des gènes, dans la contraction musculaire et dans la résistance aux antibiotiques chez différents types d'organismes vivants.

-Les protéines-tyrosine kinases ont des fonctions dans la régulation de nombreuses voies de transduction du signal qui sont liées au développement et à la communication dans les métazoaires multicellulaires.

-La modification des protéines par phosphorylation (dans d'autres contextes cellulaires autres que la signalisation cellulaire) est un élément important dans la régulation de l'activité d'un grand nombre d'enzymes participant à différents processus métaboliques. Tel est l'exemple de la régulation du cycle cellulaire par de nombreuses protéines cyclines kinases-dépendantes.

-Les kinases capables de phosphoryler les lipides sont essentielles pour les processus de remodelage des membranes cellulaires, ainsi que pour la synthèse et la formation de nouvelles membranes.

Références

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