Кіріспе

Ферменттер класы
Аденолаткиназа (EC 2.7.4.3) (сондай-ақ ADK немесе миокиназа деп те аталады) – әр түрлі аденозин фосфаттарын (АТФ, АДФ және АМФ) бір-біріне айналдыратын фосфотрансфераза ферменті. ADK клетка ішіндегі фосфат нуклеотидтерінің деңгейін үнемі қадағалап отыру арқылы жасушалық энергия гомеостазында маңызды рөл атқарады.

Изозимдер

Бүгінгі күнге дейін адамда АДК протеинінің тоғыз изоформасы анықталды. Олардың кейбіреулері денеде кең таралған болса, кейбіреулері белгілі бір тіндерде ғана кездеседі. Мысалы, ADK7 және ADK8 екеуі де жасуша цитозолында ғана табылады; ал ADK7 қаңқа бұлшықеттерінде кездеседі, ADK8 болмайды. Жасуша ішіндегі әртүрлі изоформалардың орналасуы ғана емес, сонымен қатар ферментке субстраттың байланысуы және фосфор тобын берудің кинетикасы да әртүрлі. ADK1, ең көп таралған цитозолдық ADK изозимі, ADK7 және 8-ге қарағанда мың есе жоғары Km мәніне ие, бұл ADK1-нің AMP-ға байланысуы әлдеқайда нашар екенін көрсетеді. ADK ферменттерінің жасуша ішіндегі орналасуы белокқа бағытталатын тізбек қосу арқылы жүзеге асырылады. ADK әртүрлі бактерия түрлерінде және ашытқыларда да анықталды. АДК отбасына жататын тағы екі фермент белгілі, атап айтқанда ашытқының уридин монофосфокиназасы және шырыштың UMP CMP киназасы. Осы изоформалардың арасында кейбір аминқышқылдар сақталып қалған, бұл олардың катализ үшін маңызды екенін көрсетеді. Ең жақсы сақталған аймақтардың бірі – Arg аминқышқылы, оның өзгеруі ферменттің белсенділігін жояды, сондай-ақ ферменттің каталитикалық ойысында орналасқан және тұздық байланысқа қатысатын Asp аминқышқылы.

Механизм

Фосфорилдік көшіру тек "ашық қақпақтың" жабылуымен қана жүзеге асады. Бұл су молекулаларын шығарып тастауға алып келеді, нәтижесінде субстраттар бір-біріне жақындасады, АМФ-тың α-фосфорилінің АТФ-тың γ-фосфорилді тобына нуклеофильдік шабуылы үшін энергия кедергісін төмендетеді, соның нәтижесінде γ-фосфорилді топтың АМФ-қа ауысуы арқылы АДФ түзіледі. E. coli-дан алынған А5А ингибиторы бар ADK ферментінің кристалдық құрылымында Arg88 қалдығы А5А-ны α-фосфат тобымен байланыстырады. R88G мутациясы осы ферменттің катализдік белсенділігінің 99%-ын жоғалтуына әкеледі, бұл қалдық фосфорилдік көшіруге тікелей қатысатынын көрсетеді. Тағы бір жоғары сақталатын қалдық – Arg119, ол ADK-ның аденозин байланысу аймағында орналасқан және белсенді орындағы аденозиннің айналасын "сэндвич" тәрізді қоршап тұрады. Бұл ферменттердің басқа NTP-лерді қабылдаудағы селективтілігінің нашарлығы АТФ байланысу қалтасындағы базаның салыстырмалы маңызсыз өзара әрекеттесуіне байланысты болуы мүмкін. E. coli-дан алынған ADK-дағы оң, сақталатын қалдықтардың желісі (Lys13, Arg123, Arg156 және Arg167) фосфорилдік топқа көшіру кезінде теріс зарядтың жиналуын тұрақтандырады. Екі алыс орналасқан аспартат қалдығы аргинин желісіне байланысады, ферменттің бүктелуіне себеп болады және оның икемділігін азайтады. АМФ-тағы фосфаттың электрофилдігін арттыру үшін магний кофакторы да қажет, бірақ бұл магний ионы электростатикалық өзара әрекеттесу арқылы белсенді қалтада ғана ұсталады және оңай бөлінеді. Ақуыздағы үлкен конформациялық өзгерістер жасушалық сигнал беруде маңызды рөл атқарады. Аденолат киназа сигналды трандуцирлейтін ақуыз болып табылады; демек, конформациялар арасындағы тепе-теңдік ақуыз белсенділігін реттейді. ADK-ның жергілікті түрде жазылмаған күйі бар, ол байланысқанда тұрақтанбайды. 2007 жылы Уитфорд және әріптестері жүргізген зерттеу АТФ немесе АМФ-пен байланысқан кезде ADK-ның конформацияларын көрсетті. АТФ LID және CORE домендері құрайтын қалтада байланысады. АМФ NMP және CORE домендері құрайтын қалтада байланысады. Уитфордтың зерттеуі конформациялық өтулер кезінде ақуыздың жергілікті аймақтарының жазылуын көрсететін нәтижелерді де баяндады. Бұл механизм кернеуді азайтады және катализдік тиімділікті арттырады. Жергілікті жазылу ақуыздағы бәсекелес кернеу энергиясының нәтижесі болып табылады. Бұдан әрі, екі субдоменнің (ATPlid және AMPlid) "кооперациялық емес" түрде бүктелуі және жазылуы мүмкін екені көрсетілді. Апофермент субстраттардың болмауында да ATPlid және AMPlid домендерінің "жабық" конформацияларын сақтай алады. АТФ және басқа да аденоилфосфаттардың (АДФ және АМФ деңгейлері) деңгейін үнемі бақылап және өзгерте отырып, аденолат киназа жасушалық деңгейде энергия жұмсалуын маңызды түрде реттейді. Энергия деңгейі әртүрлі метаболикалық стрестерге байланысты өзгерген кезде аденолат киназа AMP-ны жасай алады, ол өз кезегінде одан әрі сигналдық каскадтарда сигналдық молекула ретінде әрекет етеді. Бұл AMP, мысалы, гликолиз жолдарына, K ATP каналдарына және 5' AMP белсендірілген белок киназасына (AMPK) қатысатын AMP-ге тәуелді рецепторларды ынталандыра алады.

АК1 және ишемиядан кейінгі коронарлық рефлю

AK1 нокауты АТФ тұтыну орындарындағы және АТФ синтездеу орындарындағы бейорганық фосфат пен айналым арасындағы үйлесімділікті бұзады. Бұл ишемиядан кейінгі жүректегі энергетикалық сигналдардың берілуін азайтады және ишемия-реперфузия кезінде коронарлық қан ағынының жеткіліксіздігіне себеп болады.

ADK2 жетіспеушілігі

Адамда аденилаткиназа 2 (АК2) жетіспеушілігі сенсонервтік саңыраулықпен байланысты гематопоэтикалық ақауларға себеп болады. Ретикулярлы дисгенез – адамның біріктірілген иммуножетіспеушілігінің аутосомдық рецессивті түрі. Ол сондай-ақ лимфоидтық жасушалардың жетілуінің бұзылуымен және миелоидтық тамырдың ерте дифференциациялануының тоқтауымен сипатталады. АК2 жетіспеушілігі нәтижесінде ақуыздардың экспрессиясы жоқ болады немесе олардың мөлшері күрт төмендейді. АК2 ішкі құлақтың тамырлы жолағында (stria vascularis) ғана экспрессияланады, бұл АК2 жетіспеушілігі бар адамдарда сенсонервтік саңыраулықтың пайда болуын түсіндіреді. Бұл сондай-ақ бұлшықеттердің энергия метаболизмін қолдайды.

Arabidopsis thaliana-да пластидиалдық АДК жетіспеушілігі

Арабидопсис талианада күшейтілген өсу және жоғары фотосинтездік аминқышқылы пластидиал аденилат киназа жетіспеушілігімен байланысты.