Креатинкиназа: структура, функции и клиническое значение.
Creatine kinase
Креатинкиназа (КФК): фермент, катализирующий реакцию креатина и АТФ для выработки энергии. Важен для мышц, мозга и других тканей с высокой потребностью в АТФ.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Класс ферментов
Class of enzymes
Креатинкиназа (CK), также известная как креатинфосфокиназа (CPK) или фосфокреатинкиназа, – это фермент, экспрессируемый различными тканями и типами клеток. КК катализирует превращение креатина и использует аденозинтрифосфат (АТФ) для образования фосфокреатина (ФКр) и аденозиндифосфата (АДФ). Эта ферментативная реакция КК обратима, поэтому АТФ может быть получен из ФКр и АДФ. В тканях и клетках, которые быстро потребляют АТФ, особенно в скелетных мышцах, но также в мозге, фоторецепторных клетках сетчатки, волосковых клетках внутреннего уха, сперматозоидах и гладкой мускулатуре, ФКр служит резервом энергии для быстрого буферизирования и регенерации АТФ непосредственно в клетке (in situ), а также для внутриклеточного транспорта энергии посредством шаттла или контура ФКр. Таким образом, креатинкиназа является важным ферментом в этих тканях. Клинически креатинкиназа определяется в анализах крови как маркер повреждения тканей, богатых КК, например, при инфаркте миокарда (сердечном приступе), рабдомиолизе (тяжелом разрушении мышц), мышечной дистрофии, аутоиммунных миозитах и остром повреждении почек.
Creatine kinase (CK), also known as creatine phosphokinase (CPK) or phosphocreatine kinase, is an enzyme expressed by various tissues and cell types. CK catalyses the conversion of creatine and uses adenosine triphosphate (ATP) to create phosphocreatine (PCr) and adenosine diphosphate (ADP). This CK enzyme reaction is reversible and thus ATP can be generated from PCr and ADP. In tissues and cells that consume ATP rapidly, especially skeletal muscle, but also brain, photoreceptor cells of the retina, hair cells of the inner ear, spermatozoa and smooth muscle, PCr serves as an energy reservoir for the rapid buffering and regeneration of ATP in situ, as well as for intracellular energy transport by the PCr shuttle or circuit. Thus creatine kinase is an important enzyme in such tissues. Clinically, creatine kinase is assayed in blood tests as a marker of damage of CK rich tissue such as in myocardial infarction (heart attack), rhabdomyolysis (severe muscle breakdown), muscular dystrophy, autoimmune myositides, and acute kidney injury.
Структура белка
Первой структурой креатинкиназы, определенной с помощью рентгеновской кристаллографии белка, была структура октамерической, саркомерической митохондриальной КК (s mtCK) в 1996 году, за которой последовало определение структуры повсеместной митохондриальной КК (u mtCK) в 2000 году. Обе изоформы mtCK формируют октамерические структуры (состоящие из 4 бананоподобных димеров) с четырехкратной симметрией и центральным каналом. Цитозольные BB CK, а также мышечные MM CK формируют симметричные димеры в форме банана, с одним каталитически активным центром в каждой субъединице.
The first structure of a creatine kinase solved by X ray protein crystallography was that of the octameric, sarcomeric muscle type mitochondrial CK (s mtCK) in 1996., followed by the structure of ubiquitous mitochondrial CK (u mtCK) in 2000. Both mt CK isoforms form octameric structures (built of 4 banana like dimers) with a four fold symmetry and a central channel. Cytosolic BB CK, as well as muscle type MM CK both form banana shaped symmetric dimers, with one catalytic active site in each subunit.
Функции
Митохондриальная креатинкиназа (CKm) находится в межмембранном пространстве митохондрий, где регенерирует фосфокреатин (PCr) из АТФ, генерируемого в митохондриях, и креатина (Cr), импортируемого из цитозоля. Помимо двух митохондриальных изоферментных форм CK, а именно повсеместного mtCK (присутствующего в немышечных тканях) и саркомерного mtCK (присутствующего в саркомерной мышце), в цитозоле присутствуют три цитозольные изоформы CK, в зависимости от ткани. MM CK экспрессируется в саркомерной мышце, то есть в скелетной и сердечной мышцах, MB CK экспрессируется в сердечной мышце, а BB CK экспрессируется в гладкой мышце и в большинстве немышечных тканей. Митохондриальный mtCK и цитозольный CK связаны в так называемый шаттл или контур PCr/Cr. PCr, генерируемый mtCK в митохондриях, транспортируется к цитозольному CK, который связан с АТФ-зависимыми процессами, например, АТФазами, такими как актомиозиновая АТФаза и кальциевая АТФаза, участвующими в мышечном сокращении, и натрий-калиевой АТФазой, участвующей в удержании натрия в почках. Связанный цитозольный CK принимает PCr, перемещаемый по клетке, и использует АДФ для регенерации АТФ, который затем может быть использован в качестве источника энергии АТФазами (CK тесно ассоциирован с АТФазами, формируя функционально связанный микроотсек). PCr является не только буфером энергии, но и клеточной формой транспорта энергии между субклеточными участками производства энергии (АТФ) – митохондриями и гликолизом – и участками ее использования (АТФазами). Кроме того, способность креатинкиназы удалять АДФ связана с нарушениями свертываемости крови: люди с очень высоким уровнем CK в плазме могут быть склонны к серьезным кровотечениям.
Mitochondrial creatine kinase (CKm) is present in the mitochondrial intermembrane space, where it regenerates phosphocreatine (PCr) from mitochondrially generated ATP and creatine (Cr) imported from the cytosol. Apart from the two mitochondrial CK isoenzyme forms, that is, ubiquitous mtCK (present in non muscle tissues) and sarcomeric mtCK (present in sarcomeric muscle), there are three cytosolic CK isoforms present in the cytosol, depending on the tissue. Whereas MM CK is expressed in sarcomeric muscle, that is, skeletal and cardiac muscle, MB CK is expressed in cardiac muscle, and BB CK is expressed in smooth muscle and in most non muscle tissues. Mitochondrial mtCK and cytosolic CK are connected in a so called PCr/Cr shuttle or circuit. PCr generated by mtCK in mitochondria is shuttled to cytosolic CK that is coupled to ATP dependent processes, e. g. ATPases, such as acto myosin ATPase and calcium ATPase involved in muscle contraction, and sodium/potassium ATPase involved in sodium retention in the kidney. The bound cytosolic CK accepts the PCr shuttled through the cell and uses ADP to regenerate ATP, which can then be used as an energy source by the ATPases (CK is associated intimately with the ATPases, forming a functionally coupled microcompartment). PCr is not only an energy buffer, but also a cellular transport form of energy between subcellular sites of energy (ATP) production (mitochondria and glycolysis) and those of energy utilization (ATPases). Further, the ADP scavenging action of creatine kinase has been implicated in bleeding disorders: persons with highly elevated plasma CK could be prone to major bleeding.
Номенклатура
Этот фермент часто упоминается в медицинской литературе под неверным названием "креатининкиназа". Креатинин не является ни субстратом, ни продуктом этого фермента.
This enzyme is often listed in medical literature under incorrect name "creatinine kinase". Creatinine is not a substrate or a product of the enzyme.