miniatura|Estructura del grup fosfat miniatura|Esquema de la fosforilació Les cinases són un gran grup d'enzims del tipus transferasa, que catalitzen la transferència dels grups fosfat, i per fer-ho necessiten un ió metàl·lic divalent com l'ió magnesi (Mg2+) o l'ió manganès (Mn2+).
La transferència de grups fosfat es fa per mitjà d'un procés anomenat fosforilació i queda resumit en la reacció següent:
Substrat + ATP → Substrat-(Pi) + ADP
Les cinases, doncs, s'encarreguen de catalitzar la fosforilació a nivell de substrat, procés en què l'energia utilitzada és aquella que s'allibera en trencar-se l'enllaç èster que uneix el grup fosfat i el donador de grups fosfat, que principalment és l'ATP.
Existeixen molts tipus diferents de cinases. El genoma humà conté, almenys, 500 gens que codifiquen cinases. Per això es diu que constitueixen una gran família d'enzims. Hi ha diverses classificacions possibles de les cinases, de les quals destaquen dues: segons el substrat específic sobre el qual actuen, i agrupant-les en «famílies».
Segons el substrat específic sobre el qual actuen, es classifiquem en dos grups: les que actuen sobre proteïnes (són les proteïnes-cinases, les més importants) i les que actuen sobre la resta de molècules, que generalment són menudes (lípids, glúcids, aminoàcids i nucleòtids).
Les famílies s'agrupen en diversos grups: Cinases convencionals (ePKs). Existeixen vuit famílies: Grup AGC Grup CAMK Grup CMGC Grup GK1 Grup RGC Grup STE Grup TK Grup TKL Cinases atípiques (aPKs). Són bastant diferents a les convencionals, estructuralment parlant. Existeixen quatre famílies: Familia PDHK Familia NDK Familia PyK Familia SAPPK
Generalment, el nom de les cinases depèn del substrat que fosforilen. Per exemple, en la fosforilació de la glucosa hi participa la glucocinasa i en la fosforilació d'una proteïna hi participa una proteïna-cinasa. Això no obstant, existeix un altre sistema més nou i sistemàtic per designar-les, el número EC (de l'anglès: “Enzyme Commission number”). Aquest número consta d'una sèrie de dígits cadascun dels quals té un significat diferent. En el cas de les cinases, el codi que les identifica comença pel número 2, que indica que són de la classe transferasa. El següent número és un 7, el qual indica que pertanyen a la subclasse fosfotransferasa. El tercer i el quart dígit varien en funció de l'àtom acceptor i de l'acceptor, respectivament.
Nombre EC de les cinases 2.7.1Amb -CH-OH com acceptor2.7.1.1Hexocinasa2.7.1.3Cetohexocinasa2.7.1.6Galactocinasa2.7.1.116-fosfofructocinasa2.7.1.28Triocinasa (triosa-cinasa)2.7.1.30Glicerol-cinasa2.7.1.32Colina-cinasa2.7.1.36Mevalonat-cinasa2.7.1.37Proteincinasa2.7.1.38Fosforilasa-cinasa2.7.1.39Homoserina-cinasa2.7.1.40Piruvat-cinasa2.7.1.671-fosfatidilinositol-4-cinasa2.7.1.681-fosfatidilinositol-4-fosfat cinasa2.7.1.82Etanolamina-cinasa2.7.1.99Piruvatdeshidrogenasa-cinasa2.7.1.1056-fosfofructo-2-cinasa2.7.1.112Proteïna tirosina-cinasa
2.7.2Amb -COOH com acceptor2.7.2.3Fosfoglicerat-cinasa2.7.2.4Aspartat-cinasa2.7.2.8Acetilglutamat-cinasa2.7.2.11Glutamat-5-cinasa
2.7.3Amb un grup nitrogenat com acceptor2.7.3.2Creatincinasa
2.7.4Amb un grup fosfat com acceptor2.7.4.2Fosfomevalonat-cinasa2.7.4.3Adenilat-cinasa2.7.4.4Nucleòsid fosfat-cinasa2.7.4.6Nucleòsid difosfat-cinasa
2.7.6Es transfereix un residu difosfat2.7.6.1Ribosa fosfat pirofosfocinasa
Atesa la gran quantitat de tipus de cinases, són uns enzims que realitzen una gran diversitat de funcions i controlen una gran extensió de reaccions, per la qual cosa es pot dir que la seva presència a l'organisme és vital.
La importància de les cinases a l'organisme recau en el fet que l'activitat de multitud d'enzims ve determinada per la modificació de la seva estructura basada en l'addició o l'extracció de grups fosfat. Per aquest motiu, l'activitat d'alguns enzims augmenta quan estan fosforilats, encara que en altres enzims passa tot el contrari, que la seva activitat disminueix. Les cinases, doncs, en el cas dels enzims l'activitat dels quals augmenta quan són fosforilats, faciliten processos molt diferents de gran rellevància per l'organisme. Per exemple, les propietats de moltes proteïnes reguladores i senyalitzadores difereix segons el grau de fosforilació, de manera que la fosforilació pot tenir com a conseqüència l'al·losterisme d'aquestes. En resum, les cinases tenen una importància significativa per diversos motius. En primer lloc, augmenten el nivell energètic de diferents compostos moleculars, transformant-los en metabòlicament actius. En segon lloc, provoquen la generació de molècules d'ATP i GTP en les vies metabòliques i, per acabar, modifiquen de forma covalent l'activitat dels enzims, convertint-se la fosforilació en un mecanisme general del control metabòlic a nivell molecular. Cal destacar també que les cinases tenen un paper rellevant en els processos de senyalització cel·lular.
Classificació segons el substrat Proteïnes-cinases Les proteïnes-cinasa són un tipus d'enzim cinasa que tenen com a substrat proteïnes, són reguladores de les funcions de la cèl·lula, i constitueixen una de les famílies genètiques més grans i més funcionals. Actúen transferint un grup fosfat a la seva proteïna substrat específica, dirigint-ne l'activitat, localització i funció. El genoma humà té uns 500 gens que es tradueixen per a proteïnes-cinasa, aproximadament un 2% del total del genoma humà. Les proteïnes-cinasa actúen sobre aproximadament el 30% de les proteïnes del nostre cos i en controlen la major part dels processos bioquímics. Tenen un rol important en la salut, atès que hi ha unes 160 proteïnes-cinasa associades a malalties.
Podem trobar-les a les cèl·lules animals, vegetals i als bacteris.
Estructura http://www.biolcell.org/boc/097/0113/0970113.pdf Totes les proteïnes-cinasa tenen una estructura força semblant entre elles, constituïdes pel domini cinasa o domini catalític i pel domini regulador al qual se li afegeix el substrat específic de cada proteïna-cinasa.
miniatura|Subunitat reguladora i subunitat catalítica de diferents cinases. El domini cinasa està format per seqüències d'aminoàcids molt semblants entre les proteïnes d'una mateixa família, hi pot haver seqüències addicionals dins del domini que seran les que permetran que cada cinasa reconegui específicament el conjunt de proteïnes que fosforila. També hi poden haver altres seqüències úniques que permetin que cada cinasa estigui regulada de forma diferent, de manera que pugui ser activada o inhibida en resposta a diferents senyals específics.
Dins del domini catalític o cinasa hi ha dos subdominis, el subdomini N-terminal (associat a unió de l'ATP)i el subdomini C-terminal (associat a la unió del pèptid).
Funció i funcionament bioquímicBiología Molecular de la Célula. 4a edició. Ediciones Omega B. Alberts, A. Jhonson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts i P. Walter. Els grups fosfats són molècules perfectes per a la modificació de la funció de les proteïnes: tenen una càrrega molt negativa i poden formar molts ponts d'hidrogen. Quan un grup fosfat s'uneix o s'elimina d'una proteïna aquesta modifica la seva forma i flexibilitat, fet que pot canviar la seva funció o pot permetre que una altra proteïna la reconegui.
Les proteïnes-cinasa s'utilitzen per adherir grups fosfat a altres proteïnes, s'encarreguen de transferir el fosfat terminal del ATP a un aminoàcid determinat de les seves proteïnes diana. Com ja hem dit abans, cada poteïna-cinasa té una proteïna substrat específica (ho veurem més endavant).
Regulació Com acabem de veure, l'addició de grups fosfat a una proteïna pot canviar totalment el seu funcionament i la seva forma, cosa que pot ser perillosa per a la cèl·lula si no es controla adequadament. És per això que la cèl·lula té els seus propis mecanismes per a regular les cinases, per assegurar-se que realitzen l'adhesió de fosfats en el lloc i el moment adequats. Aquesta regulació pot fer-se per fosforilació per altres proteïnes-cinasa; per reaccions en cascada en les que per a l'activació d'una proteïna-cinasa de funció important, abans s'han d'haver activat moltes altres proteïnes; per l'adhesió de proteïnes activadores o inhibidores; per la unió de petites molècules o pel control de la seva localització en la cèl·lula.
Altres tipus de cinases Són les cinases que actuen sobre substrats diferents a proteïnes. Aquests substrats poden ser:lípids, glúcids, aminoàcids i nucleòtids.
Classificació en famílies Existeixen les cinases convencionals (ePKs) i les cinases atípiques (aPKs). Les ePKs formen el grup més gran, de manera que es pot dividir en 8 subtipus o grups de famílies, cada un dels quals conté cinases amb seqüències semblants en els dominis catalítics, a més de semblances en la presència d'altres dominis i en els mètodes de regulació.
Cinases convencionals Dins el grup de cinases convencionals hi trobem els següents grups:
Grup AGC Aquest grup de cinases, també conegudes com a AGUS (Atypical Glandular Cells of Undetermined Significance), es denominen així en medicina per tal de designar un dels possibles resultats d'una prova de citologia de cèrvix o prova del Papanicolau.
Aquest resultat en qüestió implica uns canvis a les cèl·lules glandulars que no són classificats específicament. L'existència d'AGC no implica malignitat, però cal un major seguiment de la pacient així com repetir la prova al cap d'uns sis mesos aproximadament per tal de dur a terme un estudi diagnòstic. Tot i això, s'ha vist que els casos d'AGC acaben sent alteracions benignes, tot i que si es comparen el grup de dones que tenen aquesta patologia amb la població femenina general, es pot veure que tenen més ric de patologia significativa i, per tant, requereixen més control sanitari.
El grup de cinases AGC inclou: La família nucleòtid cíclic dependent (PKA i PKG) La família de la proteïna-cinasa C La cinasa del receptor β-adrenèrgic (ARK) La família ribosòmica S6 i altres parents propers
Aquest conjunt de cinases es caracteritzen per una forta preferència per la fosforilació de residus Ser/Thr en les proximitats dels aminoàcids bàsics lisina i arginina.
A més d'això, la PKA, la PKG i les cinases S6 tenen residus bàsics en posicions específiques N-terminal al lloc acceptor de fosfat. Les PKC i les RAC tenen substrats amb residus bàsics en ambdós costats del lloc acceptor, i les cinases de receptors acoblats a la proteïna G (ARK i parents) divergeixen d'aquesta en el fet que prefereixen els residus de substrat sintètic dins d'un ambient àcid.
La família de proteïnes G es caracteritza per ser un conjunt de proteïnes que interaccionen amb la molècula de GTP (guanosina trifosfat) produint així la hidròlisi d'aquest nucleòtid a GDP (guanosina difosfat). En el cas de la fisiologia cel·lular, aquestes proteïnes actuen com a interruptors biològics mitjançant la transducció de senyals. Així doncs, a partir d'un estímul extern que capta el receptor cel·lular associat a la proteïna G, es desencadena una cascada d'activitats enzimàtiques amb respostes diverses.
Grup CAMK Les cinases que formen part del grup CAMK es caracteritzen principalment en què la modulació de la seva activitat enzimàtica la porten a terme el calci i la calmodulina. És per això que la majoria de les que formen part d'aquest grup presenten la unió de Ca+2 o calmodulina a un petit domini C-terminal com a domini catalític.