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Enzymes
Groupe des transférases (EC 2)
Kinases : vue d'ensemble

Sommaire
définition

Les kinases sont des enzymes du groupe des transférases (EC 2) catalysant les réactions dites de de phosphorylation par l'ajout d'un groupe phosphate à des substrats spécifiques à partir de l'ATP comme :

  • des protéines,
  • des lipides,
  • des glucides,
  • d'autres kinases.

Les phosphatases, au contraire, déphosphorylent le substrat en lui retirant son groupe phosphate.

bien

Les phosphorylations/déphosphorylations des protéines régulent un grand nombre de protéines en servant de commutateur on/off (loupe importance de la phosphorylation).

Kinases-phosphatases
Kinases-phosphatases
(Figure : vetopsy.fr)

Chez l'homme, on compte 260 phosphatases environ, pour près de 600 kinases et plusieurs cycles peuvent intervenir pour arriver au résultat final.

Vue d'ensemble
des kinases

1. Les kinases font partie de la grande famille des phosphotransférases (EC 2.7), i.e. qui transfèrent un groupe phosphate d'une molécule à haute énergie, comme l'ATP par exemple, sur un accepteur.

Les kinases sont nécessaires pour stabiliser cette réaction car l'hydrolyse de la liaison phosphoanhydridique terminale de l'ATP est un processus hautement exergonique.

Les kinases orientent correctement le substrat et le groupe phosphoryle au sein du site actif, ce qui a comme conséquence d'accélérer la vitesse de la réaction.

  • D'une part, elles utilisent des résidus d'acides aminés chargés positivement, qui stabilisent électrostatiquement l'état de transition en interagissant avec les groupes phosphate chargés négativement (loupe domaine protéine kinase).
  • Domaine catalytique de la PKA
    Domaine catalytique de la PKA
    (Figure : vetopsy.fr d'après Meharena)
    D'autre part, certaines kinases utilisent des cofacteurs métalliques liés dans leurs sites actifs pour coordonner les groupes phosphate.

2. Les kinases spécifiques sont souvent nommées d'après leurs substrats, i.e. phosphatidylinositol kinases (PI kinases), créatine kinase… Par contre, les protéines kinases ont souvent plusieurs substrats.

Classification
des kinases

Les kinases sont classées généralement en quatre grands groupes selon leur substrat.

Protéine kinases

1. Les protéines kinases sont de loin les plus nombreuses et sont classées d'après l'acide aminé ou les acides aminés qu'elles phosphorylent. On trouve (The Protein Kinase Complement of the Human Genome 2002) :

2. Dans les protéines kinases, on trouve des kinases spécialisées.

livre

Les kinases dépendantes des cyclines (CDK ou cyclin-dependent kinases) sont étudiées dans un chapitre spécial.

Lipide kinases

Les lipides kinases phosphorylent aussi bien les lipides cellulaires que ceux de la membrane plasmique et des membranes des organites.

bien

L'ajout de groupes phosphate modifie la réactivité et la localisation du lipide, par exemple sur le système endomembranaire, et peut être utilisé dans la transmission du signal.

1. Les phosphatidylinositol kinases (PI kinases) jouent un rôle majeur dans :

Mécanisme de la PI3K
Mécanisme de la PI3K
(Figure : vetopsy.fr d'après Bdoc13)
livre

Les phosphatidylinositol kinases (PI kinases), vu leur importance, sont étudiées dans un chapitre spécial.

2. Les sphingosine kinases (SK ou SPHK), EC 2.7.1.91, catalyse la conversion de la sphingosine, à la base de la structure des sphingolipides, une des deux grandes familles de phospholipides, en sphingosine-1-phosphate (S1P), un sphingolipide de signalisation lipidique.

Glucide kinases

1. Les glucides kinases jouent un rôle important dans presque toutes les voies métaboliques.

  • Les glucides fournissent une grande partie des besoins caloriques quotidiens des mammifères.
  • Par la glycolyse, les glucides sont transformés en monosaccharides pour entrer dans le métabolisme et fournir de l'énergie.
livre

La glycolyse est étudiée dans un chapitre spécial.

2. Deux kinases sont particulièrement répandues :

L'hexokinase (EC 2.7.1.1) qui phosphoryle le glucose pour obtenir du glucose-6-phosphate (loupe phase préparatoire de la glycolyse : réaction 1).

$\ce{Glucose + ATP ->[Mg++] glucose-6-phosphate + ADP + H+}$

HK2

Structure de l'héxokinase 2 (HK2) humaine
(Figure : vetopsy.fr d'après Nawaz et coll)

La phosphofructokinase (EC 2.7.1.1), qui phosphoryle le fructose-6-phosphate en fructose-1,6-bisphosphate (louperéaction 3).

$\ce{Fructose-6-phosphate} + ATP$ $\longrightarrow$ $\ce{fructose-1,6-biphosphate + ADP}$

Nucléotide kinases

Des kinases agissent sur les nucléotides (ADN et ARN) lors de leur biosynthèse.

Nucléoside-phosphate kinase
Nucléoside-phosphate kinase
(Figure : vetopsy.fr)

1. La nucléoside-phosphate kinase ou NMPK (EC 2.7.4.4) catalyse le transfert du premier groupe phosphate :

$\ce{Nucléoside phosphate + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{nucléoside diphosphate + ADP}$

2. La nucléoside-diphosphate kinase ou NDPK (EC 2.7.4.6) catalyse le deuxième transfert d'un groupe phosphate que ce soit pour les nucléotides puriques ou pyrimidiques, qu'ils soient ribosiques ou

désoxyribosiques :

$\ce{Nucléoside diphosphate + ATP}$ $\leftrightharpoons$ $\ce{nucléoside triphosphate + ADP}$

Autres kinases

D'autres kinases agissent sur de petites molécules comme :

Protéine kinases