キナーゼ：特性、種類、機能 - 生物学 - 2025

キナーゼまたはキナーゼは、分子の異なるタイプのリン酸基（PO4-3）の転移を触媒する責任がある酵素活性を有するタンパク質です。それらは、自然界で非常に一般的な酵素であり、そこでは生物の超越的な機能を実行します。それらは、代謝、シグナル伝達、さらには細胞コミュニケーションにも関与しています。

それらが複数の機能を果たす多くのプロセスのおかげで、キナーゼは、生化学的レベルだけでなく、構造的、遺伝的および細胞レベルでも最も研究されているタイプのタンパク質の1つです。

酵素ピルビン酸キナーゼ（PYK）解糖酵素の構造のドメイン（出典：Thomas Splettstoesser（www.scistyle.com）via Wikimedia Commons）

ヒトゲノムにはキナーゼのグループに属する酵素をコードする少なくとも500の遺伝子があり、リン酸基の「受容体」基質は炭水化物、脂質、ヌクレオシド、タンパク質、その他の種類の有機分子であることがわかっています。

これらの酵素は、ホスホトランスフェラーゼのグループ（EC 2.7）に分類され、通常、ATP、GTP、CTPなどの高エネルギー化合物や他の関連化合物へのリン酸基の「ドナー」分子として使用されます。

特徴

コメントされているように、「キナーゼ」という用語は一般に、ATPの末端リン酸基の別の受容体またはリン酸基の「受容体」分子への転移に関与するすべての酵素を指します。

これらの酵素は本質的に同じホスホリル基転移反応を触媒するという事実にもかかわらず、構造だけでなく、基質の特異性およびそれらが関与する細胞経路にも、それらの間には大きな多様性があります。

一般に、その構造はβ折りたたまれたシートと特異的に折りたたまれて活性部位を形成するαヘリックスで構成され、前記活性部位は通常、移動するリン酸基の負電荷を安定化する正に帯電したイオン（カチオン）を含みます。

活性部位またはその近くには、基質の2つの結合部位があります。1つはATPまたはリン酸基ドナー分子用で、もう1つは基質がリン酸化されるものです。

これらの酵素の一般的な反応（リン酸化）は、次のように表示できます。

ATP +基質→ADP +リン酸化基質

ATPが基質が獲得するリン酸基を寄付する場合。

タイプ

国際生化学分子生物学連合（NC-IUBMB）の命名委員会の分類によると、キナーゼはホスホトランスフェラーゼ（EC。2.7、リン含有グループを転送する酵素）のグループに含まれています。順番に、約14クラス（EC 2.7.1-EC 2.7.14）。

これら14のクラスのホスホトランスフェラーゼ間の基本的な違いは、それらが転移するリン酸基の「アクセプター」分子の化学的性質（またはリン酸基を受け取る分子の部分の性質）に関連しています。

このカテゴリ（ホスホトランスフェラーゼ酵素）の中には、リン酸基を転移するが、「ドナー」としてATP分子を使用せず、代わりに無機リン酸を使用する酵素もあります。

大まかに言って、これらのクラスは次のように説明されています。

EC 2.7.1：リン酸基受容体としてアルコールを持つホスホトランスフェラーゼ酵素

これは、炭水化物のリン酸化に関与する酵素とそのグルコース、ガラクトース、フルクトース、マンノース、グルコサミン、リボース、リブロース、キシロース、グリセロールなどの多くの生物のエネルギー代謝にとって最も重要なグループの1つです。ピルビン酸、メバロン酸、アラビノース、イノシトールなど。

これらの一般的な酵素の例は、ヘキソキナーゼ、グルコキナーゼ、ホスホフルクトキナーゼ、およびピルビン酸キナーゼであり、これらは、ATPの形でエネルギーを生産するためのグルコースの酸化に関与する解糖経路に直接関与している。

EC 2.7.2：リン酸基の受容体としてカルボキシル基を持つホスホトランスフェラーゼ酵素

このクラスのキナーゼまたはホスホトランスフェラーゼ酵素の中には、リン酸基を、とりわけアセテート、カルバメート、アスパラギン酸、ホスホグリセリン酸などのカルボキシル基を有する分子の部分に転移する酵素がある。

EC 2.7.3：

代謝的に言えば、この酵素のグループは、クレアチニン、アルギニン、グルタミン、酢酸グアニジンなどの分子へのリン酸基の転移に関与するため、非常に重要です。

EC 2.7.4：リン酸基の受容体として別のリン酸基を持つホスホトランスフェラーゼ酵素

このグループの酵素の大部分は、ATP、GTP、CTPなどの高エネルギー化合物の形成または加水分解の制御に機能します。これらの酵素は、これらのタイプの分子間のリン酸基の追加、削除、または交換に関与するためです。またはその前駆体。

それらはまた、他の以前にリン酸化された分子へのリン酸基の転移に関与し、それは、事実上脂質、炭水化物またはそれらの誘導体であり得る。

これらの重要な酵素の例は、アデニル酸キナーゼ、ヌクレオシドリン酸キナーゼ、ヌクレオシド三リン酸アデニル酸キナーゼ、UMP / CMPキナーゼおよびファルネシルリン酸キナーゼなどです。

EC 2.7.6：ジホスホトランスフェラーゼ酵素

ジホスホトランスフェラーゼは、同じ基質への2つのリン酸基の移動を同時に触媒します。これらの酵素の例は、リボースリン酸ジホスホキナーゼ、チアミンジホスホキナーゼ、およびプリンの代謝における重要な酵素であるGTPジホスホキナーゼである。

EC 2.7.7：ヌクレオチド特異的ホスホトランスフェラーゼ（ヌクレオチジルホスホトランスフェラーゼ）酵素

ヌクレオチジルホスホトランスフェラーゼは、他のタンパク質や酵素の活性化と不活性化、および一部のDNA修復メカニズムに関与する多くの細胞プロセスに関与しています。

その機能は、ヌクレオチド、一般的には異なる窒素塩基の一リン酸ヌクレオチドを転移させることです。このクラスの酵素には、DNAおよびRNAポリメラーゼ（DNAとRNAの両方に依存）、UDP-グルコース1-リン酸ウリジルトランスフェラーゼなどがあります。

EC 2.7.8：リン酸基を置換基で転移する酵素

このクラスは、脂質代謝経路、特にその合成において重要な機能を持っています。それらは、他の「アクセプター」分子へのリン酸化分子（置換されたリン酸基）の移動に関与します。

この酵素群の例は、エタノールアミンホスホトランスフェラーゼ、ジアシルグリセロールコリンホスホトランスフェラーゼ、スフィンゴミエリンシンターゼなどです。

EC 2.7.9：受容体のペアを持つホスホトランスフェラーゼ酵素

これらの酵素は、単一のリン酸基ドナー（ATPまたは関連）を使用して、2つの異なるアクセプター分子をリン酸化します。これらの酵素の例は、ピルビン酸リン酸ジキナーゼ（PPDK）とホスホグリカン水ジキナーゼです。

異なるタイプのタンパク質のアミノ酸残基をリン酸化するホスホトランスフェラーゼ

EC 2.7.10：タンパク質チロシンキナーゼ

タンパク質チロシンキナーゼは、異なるタイプのタンパク質受容体のポリペプチド鎖のチロシン残基へのリン酸基の転移を触媒する酵素です。

EC 2.7.11：プロテインセリン/スレオニンキナーゼ

プロテインチロシンキナーゼが行うように、この酵素のグループは、他のタンパク質のセリンまたはスレオニン残基へのリン酸基の転移を触媒します。

これらのタンパク質の既知の例は、プロテインキナーゼCのファミリーで、複数の経路に関与していますが、特に脂質代謝に関与しています。

このグループには、細胞の分化、成長、およびコミュニケーションに重要な影響を与える多くのサイクリックAMPおよびサイクリックGMP依存性プロテインキナーゼも含まれます。

EC 2.7.12：キナーゼは二重特異的です（セリン/スレオニンとチロシン残基の両方に作用します）

マイトジェン活性化プロテインキナーゼキナーゼ（MAPKK）は、他のプロテインキナーゼのセリン、スレオニンまたはチロシン残基を交換可能にリン酸化することができる酵素のこのグループの一部です。

タンパク質ヒスチジンキナーゼ（EC 2.7.13）およびタンパク質アルギニンキナーゼ（EC 2.7.14）

いくつかのタイプのタンパク質にはリン酸基をヒスチジンおよびアルギニン残基に転移できる他のタンパク質キナーゼがあり、これらはタンパク質ヒスチジンキナーゼおよびタンパク質アルギニンキナーゼです。

その他の分類形式

別の著者によると、リン酸基受容体として使用する基質の種類に応じて、キナーゼをより適切に分類できます。

他の人たちは、これらの酵素を分類する最良の方法は、それらの活性部位の構造と特性、すなわち、その中のイオンまたは特定の分子のコンフォメーションと存在に従っていると考えています。

基質の種類に応じて、キナーゼはプロテインキナーゼ（他のタンパク質をリン酸化する）、脂質キナーゼ（脂質をリン酸化する）、炭水化物キナーゼ（異なる種類の炭水化物をリン酸化する）、ヌクレオシドホスホリラーゼ（ヌクレオシドをリン酸化する）などに分類できます。

特徴

キナーゼグループの酵素は事実上ユビキタスであり、単一の細胞が何百もの異なるタイプをホストし、複数の細胞経路での反応を触媒することができます。

その機能は非常に多様です。

-複数の細胞シグナル伝達およびコミュニケーションプロセス、特に内部および外部の刺激に応答して他のプロテインキナーゼ（リン酸化カスケード）の連続的なリン酸化を触媒するプロテインキナーゼに参加します。

-酵素活性を持つこれらのタンパク質のいくつかは、炭水化物、脂質、ヌクレオチド、ビタミン、補因子、アミノ酸の代謝に中心的な機能を持っています。例えば、解糖には他に少なくとも4つのキナーゼ、ヘキソキナーゼ、ホスホフルクトキナーゼ、ホスホグリセリン酸キナーゼ、およびピルビン酸キナーゼは含まれません。

-キナーゼはシグナル伝達機能の中で、遺伝子発現の調節過程、筋肉の収縮、さまざまな種類の生物の抗生物質耐性に関与しています。

-タンパク質チロシンキナーゼは、多細胞後生動物の発達とコミュニケーションに関連する多くのシグナル伝達経路の調節に機能を持っています。

-リン酸化（細胞シグナル伝達以外の他の細胞の状況で）によるタンパク質の修飾は、異なる代謝プロセスに参加する多数の酵素の活性を調節する上で重要な要素です。これは、多くのキナーゼ依存性サイクリンタンパク質による細胞周期調節の例です。

-脂質をリン酸化できるキナーゼは、細胞膜のリモデリングプロセスだけでなく、新しい膜の合成と形成にも不可欠です。

参考文献

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