Kinasen

Kinasen (von grch. kinein - bewegen) sind Enzyme (Transferasen – EC 2), die einen Phosphatrest von einem Nucleosidtriphosphat (z. B. ATP) auf Zielmoleküle übertragen und diese damit phosphorylieren (Phosphotransferasen). Sie gehören neben den Aminotransferasen und Glykosyltransferasen zur Klasse der Transferasen.

Klassifiziert werden die Kinasen u.a. nach ihrer Phosphorylierungsstelle am Substrat. So z.B. die Rezeptor-Tyrosinkinasen, die Serin-Threonin-Kinasen und die zytoplasmatischen Tyrosinkinasen. Diese Kinasen spielen eine entscheidende Rolle in der intra- und interzellulären Signalübertragung und stellen oftmals Proto-Onkogene dar.

Neben den Rezeptor-Kinasen und den Rezeptor-assoziierten Kinasen gibt es zahlreiche zytoplasmatische Kinasen. Sie werden durch second messenger, aktivierte G-Proteine oder durch „upstream“ gelegene Kinasen aktiviert. Zytoplasmatische (zytosolische) Kinasen sind für die Phosphorylierung von Stoffwechselenzymen, Zytoskelettproteinen und Transkriptionsfaktoren verantwortlich.

Kinasen im Zuckerstoffwechsel: Eine Gruppe von Kinasen phosphoryliert Hydroxygruppen von Zuckermolekülen. Diese finden sich u. a. in beiden Phasen der Glykolyse. So wird z.B. Glucose zu Glucose-6-phosphat phosphoryliert. Dieser Schritt wird durch die Kinase „Hexokinase“ katalysiert. In einem späteren Schritt wird der entstandene Zucker durch eine weitere Kinase, die Phosphofructokinase zu Fructose-1,6-bisphosphat katalysiert. Dieser Zucker trägt nun an beiden Enden eine Phosphatgruppe. Auch für andere Zucker z.B. für Inositol ist das feine Zusammenspiel aus Substratphosphorylierung und-dephosphorylierung durch Inositolphosphat Kinasen und Phosphatasen von großer Bedeutung.

Proteinkinasen: Proteinkinasen stellen eine eigene Familie von Kinasen dar. Sie bilden in höheren Zellen die zweithäufigste Proteinklasse. Bei den Proteinkinasen handelt sich um Enzyme die als Substrat alkoholische Aminosäurereste von Proteinen erfassen. Proteinkinasen (bekannt sind 7 Hauptgruppen mit > 500 humanen Proteinkinasen), bilden in höheren Zellen die zweithäufigste Proteinklasse.

Unter den Proteinkinasen (Proteinkinase A, B, C) gibt es multifunktionelle Enyzme, die zahlreiche Proteinsubstrate phosphorylieren und hochspezifische Proteinkinasen die nur ein einzelnes Protein phosphorylieren können.

Die Wirkung dieser Kinasen kann durch spezialisierte Protein-Phosphatasen (Hydrolasen) wieder rückgängig gemacht werden. Proteinkinasen (ebenso wie ihre Gegenspieler die Proteinphosphatasen, sind wichtige Regulatoren von Zellfunktionen. So sind sie wesentlich an der Signaltransduktion und der Koordination komplexer Funktionen wie dem Zellzyklus beteiligt.

Weitere biologisch relevante Kinasen:

Myosin-leichte-Ketten-Kinase (MLKK): Die Myosin-leichte-Ketten-Kinase, kurz MLKK, ist ein Enzym aus der Klasse der Kinasen, die im Myosin nachweisbar ist. Dieser Kinasetypus spielt eine wichtige Rolle für die Kontraktion der glatten Muskulatur. Aufgabe der MLKK ist die Phosphorylierung der leichten Kette des Myosins, die in ihrer unphosphorylierter Form die Kontraktion der glatten Muskulatur verhindert.

Raf-Kinasen: Raf-Kinasen (engl. Abk. für rapidly accelerated fibrosarcoma oder rat fibrosarcoma) spielen ebenfalls eine wichtige Rolle im MAP-Kinasen-Signalweg. Den RAF-Kinasen kommt eine Schlüsselrolle bei der Tumorgenese zu. Die Regulation erfolgt wahrscheinlich durch das kleine G-Protein Ras (Akronym für "rat sarcoma"), das in seiner aktiven, GTP-gebunden Form vorliegen muss.

Kreatin-Kinase (CK): Die Kreatin-Kinase, auch als Kreatin-Phosphokinase (CPK) bezeichnet, spielt eine wichtige Rolle bei der Energiegewinnung und versorgt die Zellen mit Energie. Kreatin-Kinasen kommen in allen Muskelzellen und im Gehirn vor. Die 4 Varianten der Kreatin-Kinase kommen in unterschiedlichen Organen vor, z.B. die Kreatin-Kinase-MB (CK-MB) im Herzmuskel. Die Gesamt-CK ist die Summe aller Kreatin-Kinasen im Körper.

Multifunktionelle Kinasen: Multifunktionelle Kinasen phosphorylieren sowohl Metabolite als auch andere Proteine. So phosphoryliert die Phosphoglycerat-Kinase 1 (PGK1) 3-Phosphoglycerat zu 1,3-Diphosphoglycerat. Weiterhin phosphoryliert die Phosphoglycerat-Kinase 1 weitere Proteine wie z. B. Beclin 1 (beteiligt bei der Autophagie), PDHK1 (Pyruvatmetabolismus), und Bcl2 (Apoptose).

Atypische Kinasen: Atypische Kinasen weisen keine, den typischen Kinasen ähnliche Sequenz auf. Man geht jedoch davon aus, dass sie eine enzymatische Aktivität besitzen, und einige scheinen eine den typischen Kinasen ähnliche strukturelle Faltung aufzuweisen. Ein Beispiel für eine atypische Kinase ist eine verkürzte Isoform der Proteinkinase C. Diese entsteht vermutlich durch alternatives Spleißen von Exons des kodierenden Gens und posttranslationale Prozessierung.