胸苷激酶1(TK1)和胸苷激酶2(TK2)

胸苷激酶在细胞中以胸苷激酶](TK1)和胸苷激酶2(TK2)两种不同的同工酶的形式呈现。美国看病机构爱诺美康了解到，刚开始，TK1被称为胎儿-TK，而TK2称为成年-TK，因为发现TK1普遍存在于胎儿组织，TK2在成人组织中。在胎儿组织、正常增生细胞和肿瘤中TK1会过度表达。

后来，TK1被发现存在于细胞质中，所以被称为胞质胸苷激酶，而TK2存在于线粒体中，所以也被称为线粒体胸苷激酶。但TK1具有细胞周期特性，而TK2却没有这种细胞周期波动。这就造成了TK1和TK2在基础生物学及其与疾病的关系研究领域的应用具有极大的差异。

胸苷激酶1

在20世纪70年代中期，研究发现TK基因位于17号染色体长臂上的17q25.2一q25.3位点，靠近半乳糖激酶基因。美国看病机构爱诺美康了解到，大约10年后，克隆和鉴定了首个人类TKlcDNA，整个基因包括12900个碱基（kb)，共有7个外显子。

该cDNA由1241个碱基对组成，有一个702碱基对的开放阅读框，编码一个含234个氨基酸分子量为25468.69kDa的蛋白质。

随着基因测序技术的发展，犬、小鼠、大鼠、牛和鸡的TK1的基因被公布，通过与人类TK1比较，发现它们具有高度的序列同源性，其分别有89.3%、86.2%、87.0%、86.7%和73.2%的同源性序列。大多数差异主要在C端区。

经过60多年在不同方面的研究，包括细胞定位、细胞周期调控、酶的结构、反应动力学、底物特异性等，现在，TK1显示出在肿瘤学中作为评估复发风险、生存率和预后生物标志物的重要价值。

胸苷激酶2

TK2是在缺乏细胞质TK活性的小鼠细胞中首次被发现的，在这项研究中，发现溴脱氧尿苷进人TK1阴性细胞的线粒体DNA(mtDNA)中，说明TK2定位在线粒体。TK2分子具有从单体到六聚体的多种形式，#初的一份报告揭示了分子量（MW)为70kDa的二聚体。后来的报道中，通过G-200Sephadex层析分离，发现TK2的分子量在98〜340kDa。然而，克隆的人TK2不含前导序列，可以直接将TK2引人线粒体，并且与纯化的人脑TK2有不同的N端序列qTK2基因位于染色体16q22位置上，基因为45kb，具有大小从32~1304碱基对（bp)不等的外显子10个。它的亚基为28kDa，他们研究了从小鼠全长cDNA文库中富集克隆的小鼠TK2cDNA，发现其编码含270个氨基酸的蛋白质，在N端具有40个氨基酸的线粒体靶向信号。TK2活性在组织中的分布与TK2mRNA表达无相关性。

美国看病机构爱诺美康了解到，通过在大肠杆菌中表达并亲和纯化的全长小鼠和另外两种N端剪切形式的TK2蛋白，其中一种是与TK2的线粒体形式一致，另一个较短的形式与以前鉴定过的重组人TK2—致。所有三种形式的TK2磷酸化胸苷、脱氧胞苷和厂脱氧尿苷，具有不同的动力学反应速率。同时，也测试了一系列抑制细胞生长的嘧啶核苷类似物，它们都可用于各种形式TK2的底物。全长小鼠TK2的活性形式是二聚体。

不同于TK1的是，TK2有广谱的底物特异性，因为它可以磷酸化脱氧胸苷（dThd)、脱氧胞苷（dCyd)和脱氧尿苷（dUrd)及其类似物。ATP和CTP作为磷酸供体时，#终产物dTTP和dCTP作为反馈抑制剂。

脱氧胸苷的TK2的动力学行为不遵循米氏常数（Michaelis-Menten)动力学，其显示出负的相关性，并且希尔常数。但采用dCyd和dUrd为底物时，其活性分布遵循米氏常数动力学。

美国看病机构爱诺美康介绍，TK2线粒体基因特征研究阐述了TK2生理功能的重要意义。TK2在肝、脾、脑和胰腺中的含量是相对较高的。发现通过TK2可将抗病毒和抗癌核苷类似物药物错误并入线粒体DNA(mtDNA)，使得TK2抑制剂开发可被用于预防线粒体的中毒，这种通过TK2合成线粒体胸苷酸的形式，起到了促进处在静息状态的细胞的紫外线造成的线粒体基因损伤修复并维持基因特征完整性的重要作用。

人TK1和TK2的TK序列比较，指出KEN盒仅存在于人TK1的C端区，但人TK2的C端区缺乏KEN盒，证明了TK2不是一个依赖细胞周期调控的激酶。这些结果阐述了对TK2的结构和功能的理解，并可能有助于解释线粒体紊乱、线粒体神经性胃肠性脑病的病理机制。此外，有研究指出，由于遗传改变引起的TK2活性丧失，会导致一种造成年轻人死亡的毁灭性的线粒体DNA耗竭综合征的发生，如点突变。