КИНАЗЫ

КИНАЗЫ — группа ферментов, относящихся к классу трансфераз, подклассу фосфотрансфераз (КФ 2.7); эти ферменты обеспечивают использование гликогена и глюкозы в клетке (киназа фосфорилазы, гексокиназа, фосфофруктокиназа, фосфоглицераткиназа, пируваткиназа), принимают участие в синтезе коферментов (НАД-киназа, рибофлавин-киназа, пиридоксалькиназа), в обмене нуклеотидов (нуклеозидкиназы, нуклеозидмоно- и нуклеозиддифосфаткиназы), а также осуществляют фосфорилирование белков (протеинкиназы). Активность некоторых К. в сыворотке крови (напр., креатин-киназы) служит дополнительным диагностическим тестом при таких тяжелых заболеваниях, как инфаркт миокарда, прогрессирующая мышечная дистрофия и т. п.; генетически обусловленная недостаточность некоторых киназ является причиной тяжелых наследственных заболеваний.

Первоначально киназами были названы факторы, необходимые для превращения неактивной формы фермента в активную (напр., тромбокиназа, катализирующая превращение протромбина в тромбин; энтерокиназа, переводящая трипсиноген в трипсин, и т. п.). Однако протеолитические ферменты такого типа к собственно К. не относятся. Впервые термин «киназа» к ферменту, катализирующему перенос фосфатной группы, применил О. Мейергоф в 1928 г., назвав фермент, активирующий глюкозу, гексокиназой.

К. катализируют реакции переноса концевой фосфатной группы нуклеозидтрифосфата на молекулу-акцептор. Фосфатная группа может быть перенесена на гидроксильную (КФ 2.7.1), карбоксильную (КФ 2.7.2), азотистую (КФ 2.7.3) или фосфатную- (КФ 2.7.4) группу акцептора. Реакции трансфосфорилирования (см. Перефосфорилирование) играют важную роль в сохранении, переносе и использовании энергии макроэргической связи нуклеозидтрифосфата. Подобные реакции и катализирующие их ферменты широко распространены в животных и растительных тканях.

Киназные реакции, связанные с превращением богатой энергией фосфатной связи АТФ в бедную энергией связь, практически необратимы (напр., реакции фосфорилирования углеводов). Реакции, катализируемые аденилаткиназой, ацетаткиназой, нуклеозидмоно- и нуклеозиддифосфаткиназами, легко обратимы.

Для проявления полной активности К. требуют присутствия ионов двухвалентных металлов, одной из функций которых является образование металлнуклеотидного комплекса — истинного субстрата киназной реакции. Общее уравнение реакции, катализируемой К., имеет следующий вид: акцептор + МеНТФ^2- —> фосфорилированный акцептор + МеНДФ^1-, где Me — двухвалентный металл, НТФ — нуклеозидтрифосфат, НДФ — нуклеозиддифосфат.

В реакциях in vivo роль необходимого двухвалентного катиона играют ионы Mg²⁺, а в реакциях in vitro — ионы Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Co²⁺, Ni²⁺,Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺ и Sn²⁺, которые могут заменять Mg²⁺ с различной эффективностью. Один и тот же ион металла может активировать одни К., но ингибировать другие (напр., Ca²⁺ активирует креатинкиназу, но ингибирует пируваткиназу). Некоторые К. (напр., ацетаткиназа, фосфофруктокиназа, пируваткиназа) проявляют абсолютную потребность в одновалентном катионе (K⁺, NH₄⁺ или Na⁺).

К. представляют собой белки с мол. весом (массой) от 21 000 (аденилаткиназа из мышц кролика) до 1 300 000 (киназа фосфорилазы из мышц кролика). Большинство К. имеет субъединичное строение. Такие К., как креатинкиназа, гексокиназа, фосфофруктокиназа, в тканях человека и животных существуют во множественных формах (см. Изоферменты), напр, в эритроцитах найдено 6 изоферментов нуклеозиддифосфаткиназы.

Молекулы почти всех К. имеют важные для активности сульфгидрильные (SH—) группы, поэтому ингибиторами К. in vitro являются сульфгидрильные реагенты — йодацетат, йодацетамид, n-хлормеркурибензоат и др. Субстратная специфичность К. варьирует от узкой (креатинкиназа) до широкой (нуклеозиддифосфаткиназа). Среди К. встречаются аллостерические ферменты — фосфофруктокиназа, пируваткиназа и др. (см. Ферменты).

Одним из наиболее важных ферментов в организме человека и животных является гемолитической анемии (см.). Описан случай сочетания недостаточности гексокиназы в эритроцитах с гликогенозом мышц.

При наследственной недостаточности или полном отсутствии в крови галактокиназы (КФ 2.7.1.6) наблюдается галактозурия («галактозный диабет»), катаракта в раннем возрасте (см. галактозы (см.).

Ключевым ферментом гликогенолиза является фосфофруктокиназа (КФ 2.7.1.11). В мышцах человека фосфофруктокиназа представляет собой тетрамер, состоящий из четырех идентичных субъединиц, в эритроцитах — тетрамер, который состоит из двух типов субъединиц. Этим объясняется тот факт, что при наследственном заболевании, связанном с дефектом фосфофруктокиназы, фермент неактивен в мышцах, но сохраняет 50% активности в эритроцитах. Заболевание проявляется быстрой утомляемостью и слабостью, наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

Протеинкиназы (КФ 2.7.1.37) катализируют перенос концевого фосфата нуклеозидтрифосфата на остаток серина или треонина в молекуле белкового субстрата. Известно несколько протеинкиназ. Протеинкиназы, зависимые от циклического аденозинмонофосфата (3', 5'-АМФ), построены из двух типов субъединиц: каталитической (С) и регуляторной (R). Механизм действия циклического 3', 5'-АМФ заключается в том, что этот специфический активатор, связывая R-субъединицу, способствует диссоциации холофермента и приводит к образованию активной каталитической субъединицы. Белковыми субстратами протеинкиназ могут служить киназа фосфорилазы, гликогенсинтаза, триглицерид-липаза, гистоны, протамин, рибосомальные белки, казеин, фосвитин, белки мембран и др. Превращение фосфорилазы b в фосфорилирования) форму — фосфорилазу а, катализируемое киназой фосфорилазы {КФ 2.7.1.38), является одним из механизмов активации гликогенфосфорилазы, пускового фермента гликогенолиза (см. Фосфорилазы). Киназа фосфорилазы в мышцах в свою очередь может активироваться в результате фосфорилирования под действием зависимой от циклического 3',5'-АМФ протеинкиназы. Нефосфорилированная киназа фосфорилазы неактивна при физиол, значениях pH. Фермент неактивен также в отсутствие ионов Ca²⁺. Киназа фосфорилазы представляет собой сложный фермент, состоящий из трех типов субъединиц и имеющий мол. вес (массу) ок. 1 300 000. Активация киназы фосфорилазы представляет собой ключевую ступень в регуляции гликогенолиза адреналином и другими гормонами. Наследственная недостаточность киназы фосфорилазы в печени сопровождается гепатомегалией, гипогликемией и задержкой роста у детей. Болезнь отмечается в основном у мальчиков. Генетически обусловленная недостаточность этого фермента связана с мутацией гена X-хромосомы. Описаны случаи недостаточности киназы фосфорилазы в печени, лейкоцитах, эритроцитах и мышцах. Иногда случаи наследственной недостаточности киназы фосфорилазы могут быть приняты за недостаточность мышечной фосфорилазы (гликогенфосфорилазы, КФ 2. 4.1.11).

Пируваткиназа (КФ 2.7.1.40) катилизирует превращение фосфоенолпирувата в пируват, т. е. ключевую реакцию гликолиза (см.), сопряженную с образованием АТФ. Из ряда источников она выделена в виде тетрамерного белка с мол. весом (массой) от 160 000 до 250 000. Фермент имеет абсолютную потребность в одновалентных ионах металла (K+, NH4+). Найдено две кинетически различные формы пируваткиназы, отличающиеся также по ряду физ. свойств и иммунохимически. У человека одна из этих форм обнаружена только в эритроцитах и в печени, а другая — в печени, почках, скелетных мышцах, сердечной мышце и лейкоцитах, но не в эритроцитах.

Недостаточность пируваткиназы в эритроцитах — одна из наиболее распространенных наследственных энзимопатий. Обнаружено несколько вариантов болезни. Заболевание выражается в хрон, гемолитической анемии (сфероцитарной или несфероцитарной) и проявляется только у гомозигот; гетерозиготы обычно гематологически нормальны, хотя некоторые симптомы болезни могут проявляться и у них (особенно у новорожденных). У гомозигот тяжесть болезни варьирует между полностью скомпенсированным хрон, гемолитическим процессом и жестокой конгенциальной анемией с эритробластозом и гипербилирубинемией. Показано, что болезнь может быть связана как с количественной недостаточностью пируваткиназы, так и с качественным изменением фермента. Корреляция между остаточной активностью пируваткиназы и клин, тяжестью заболевания не обнаружена. Заболевание наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

Генетически обусловленная недостаточность фосфоглицераткиназы (КФ 2.7.2.3) эритроцитов также является причиной гемолитической анемии. В ряде случаев заболевание сопровождается задержкой умственного развития. Очевидно, дефект фосфоглицераткиназы обусловлен структурной мутацией гена Х-хромосомы. Фермент у носителей заболевания отличается по электрофоретической подвижности и энзиматическим свойствам от нормального.

Наследственная недостаточность карбамоилфосфатсинтазы (КФ 2.7. 2.5 и 2.7.2.9), относящейся к К., ведет к конгенциальной гипераммониемии и является летальной для новорожденных при кормлении их белковой пищей. В некоторых случаях показано, что митохондриальная форма фермента в печени больных полностью отсутствует, хотя цитоплазматическая форма фермента сохраняет активность.

Креатинкиназа (КФ 2.7.3.2; креатинфосфокиназа) особенно широко распространена в мышечной ткани и составляет 10—20% растворимых саркоплазматических белков. Обнаружены формы фермента, ассоциированные с митохондриями. Растворимая креатинкиназа позвоночных животных является димером с молекулярным весом 80 000—85 000, в состав к-рого входят субъединицы двух типов: М и В. Найдены три изо-фермента креатинкиназы, различные по составу субъединиц и электрофоретической подвижности: ММ (мышечный), В В (мозговой) и MB (гибридный) — содержится в сердечной мышце.

Оптимальное значение pH для прямой креатинкиназной реакции равно 7,5—9,5, а обратной реакции ок. 6,0. Это является следствием физиол, адаптации: быстрое снижение величины pH, сопровождающее мышечное сокращение и расщепление АТФ, приводит к сдвигу реакции в сторону расщепления креатинфосфата и рефосфорилированию АТФ.

Изменение активности креатинкиназы в сыворотке крови является отчетливым признаком развития какого-либо патол, состояния. При миопатиях и прогрессирующих мышечных дистрофиях активность фермента в сыворотке крови возрастает во много раз, причем увеличивается относительное количество изофермента MB. Отмечено увеличение активности креатинкиназы после инфекций. При гипотиреозе активность фермента увеличивается, при гипертиреозе, а также при гипокальциемии уменьшается. При заболеваниях мозга (сотрясении, менингите) повышается активность мышечной формы фермента. Наиболее изучено поведение креатинкиназы при инфаркте миокарда (см.). Активность фермента в сыворотке крови резко повышается в первые дни и даже часы заболевания (при этом появляется MB-форма фермента), причем это повышение коррелирует со степенью снижения активности креатинфосфокиназы в ишемизированном миокарде. Повышение активности фермента отмечается в первые 6—9 час. после начала острых болей, затем следует период (8—14 час.) особенно резкого повышения активности вплоть до максимальных величин и затем медленное снижение активности.

На основании последовательных измерений активности креатинкиназы в сыворотке крови можно судить о степени ишемического повреждения миокарда, а также оценить характер влияния терапевтических средств и оперативных вмешательств на инфарктную зону.

В клин, практике активность креатинкиназы определяется колориметрическими методами, основанными на количественном определении продуктов прямой и обратной ферментативной реакции креатина и креатинфосфата. См. также Миокиназа.

Библиография: Биохимические методы исследования в клинике, под ред. А. А. Покровского, с. 216, 232, М., 1969; Barman Т. Е. Enzyme handbook, suppl. 1, В. а. о., 1974; The enzymes, ed. by P. D. Boyer, v. 8—9, N. Y.— L., 1973; Morrison J. F. a. HeydeE. Enzymic phosphoryl group transfer, Ann. Rev. Biochem., v. 41, p. 29, 1972.

H. B. Гуляева.