As quinases ou quinasesSão proteínas com atividade enzimática responsáveis por catalisar 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.
Foi determinado que o genoma humano possui pelo menos 500 genes que codificam para enzimas pertencentes ao grupo das quinases, cujos substratos "aceitadores" de grupos fosfato podem ser carboidratos, lipídios, nucleosídeos, proteínas e outros tipos de moléculas orgânicas.
Essas enzimas são classificadas dentro do grupo das fosfotransferases (EC 2.7), e geralmente são usadas como moléculas "doadoras" de grupos fosfato, compostos de alta energia, como ATP, GTP, CTP e outros relacionados.
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O termo "quinase", como foi comentado, 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 em termos de estrutura, mas também na 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 transferem.
Dois sítios de ligação para substratos são encontrados no sítio ativo ou próximo a ele: 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.
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 em 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 de fosfato, mas não usam moléculas de ATP como um "doador", mas, em vez disso, usam fosfatos inorgânicos..
Em termos gerais, essas classes são descritas da seguinte maneira:
Este é um dos grupos mais importantes para o metabolismo energético de muitos organismos, pois contém as enzimas responsáveis pela fosforilação dos 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 que é responsável pela oxidação da glicose para a produção de energia na forma de ATP.
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..
Metabolicamente falando, este 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..
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..
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 difosfocinase, que é uma enzima importante no metabolismo das purinas..
As nucleotidil fosfotransferases participam de muitos 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. Nesta classe de enzimas estão as polimerases de DNA e RNA (dependentes de DNA e RNA), UDP-glicose 1-fosfato uridiltransferase, entre outras.
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..
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..
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..
Como as proteínas tirosina quinases, este 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 dependentes de AMP cíclico e GMP cíclico, com implicações importantes para a diferenciação, crescimento e comunicação celular.
As proteínas quinases ativadas por mitógenos (MAPKK) fazem parte desse grupo de enzimas que são capazes de fosforilar indistintamente resíduos de serina, treonina ou tirosina de outras proteínas quinases..
Existem outras proteínas quinases capazes de transferir grupos fosfato para resíduos de histidina e arginina em alguns tipos de proteínas e essas são as proteínas-histidina quinases e as proteínas-arginina quinases..
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..
As enzimas do grupo quinase são onipresentes na natureza e uma única célula pode hospedar centenas de tipos diferentes, catalisando reações em várias vias celulares..
Suas funções podem ser muito diversas:
-Eles 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..
-Dentre as funções de sinalização, as quinases estão envolvidas nos processos de regulação da expressão gênica, contração muscular e resistência a antibióticos em diferentes tipos de organismos vivos..
-Proteína-tirosina quinases desempenham um papel 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..
-As 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..
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