4.10: プロテインキナーゼとホスファターゼ

タンパク質は化学修飾を受け、タンパク質の電荷、構造、およびコンフォメーションの変化を引き起こします。リン酸化、アセチル化、グリコシル化、ニトロシル化、ユビキチン化、脂質化、メチル化、およびタンパク質分解は、タンパク質活性を調節するさまざまなタンパク質修飾です。このような修飾は通常、酵素によって駆動されます。

プロテインキナーゼ

細胞内の多くのタンパク質は、リン酸基の付加であるリン酸化によって調節されています。キナーゼと呼ばれる酵素ファミリーは、タンパク質基質にリン酸基を付加します。キナーゼは、ATP(またはGTP)の末端リン酸基をその基質に移すことにより、標的をリン酸化します。プロテインキナーゼは、290アミノ酸の触媒ドメインを共有する広範な酵素ファミリーに属しています。タンパク質内では、リン酸化がいくつかの異なるアミノ酸で発生する可能性があります。プロテインキナーゼは、その標的基質に基づいて、ヒスチジンキナーゼ、セリン-スレオニンキナーゼ、およびチロシンキナーゼに分類できます。

ホスファターゼ

ホスファターゼは、リン酸モノエステルをリン酸イオンに加水分解することにより基質からリン酸基を除去し、遊離ヒドロキシル基を残すことにより、キナーゼ活性を逆転させます。タンパク質ホスファターゼは、構造的および機能的に多様であり、触媒メカニズム、阻害剤感度、および基質の好みに応じて4つの主要なグループに分類されます。これらのカテゴリーには、リン酸化タンパク質ホスファターゼ(PPP)、ホスホチロシンホスファターゼ(PTP)、Mg²⁺/Mn²⁺依存性タンパク質ホスファターゼ(PPM)、およびアスパラギン酸ベースのタンパク質ホスファターゼが含まれます。

プロテインキナーゼとホスファターゼの活性と役割

プロテインキナーゼとホスファターゼは分子スイッチとして機能します。これらの酵素の中には、細胞内で最適なATP:ADP比を感知することにより、細胞の恒常性を維持するのに役立つものもあります。ATPの減少:ADPは、エネルギー状態の低下を反映し、プロテインキナーゼ活性を引き起こします。プロテインキナーゼは、タンパク質のリン酸化を触媒し、ATP産生経路を刺激します。逆に、タンパク質ホスファターゼは高いATP:ADPレベルを感知し、標的タンパク質の脱リン酸化を触媒します。これらの酵素は一緒になって、細胞内の重要な経路とプロセスを調節し、多くの場合、外部刺激に応答します。