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蛋白激酶A
鎖定
蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）又稱依賴於cAMP的蛋白激酶A（cyclic-AMP dependent protein kinase A），是一種結構最簡單、生化特性最清楚的蛋白激酶。
- 中文名
- 蛋白激酶A
- 外文名
- protein kinase A，PKA
- 結 構
- 四聚體，兩個調節亞基，兩個催化亞基
- 相對分子質量
- 約為180kDa
- 發現時間
- 1968年
蛋白激酶A激酶介紹
激酶是激發底物磷酸化的酶，所以蛋白激酶A的功能是將ATP上的磷酸基團轉移到特定蛋白質的絲氨酸或蘇氨酸殘基上進行磷酸化，被蛋白激酶磷酸化了的蛋白質可以調節靶蛋白的活性。
一般認為，真核細胞內幾乎所有的cAMP的作用都是通過活化PKA，從而使其底物蛋白髮生磷酸化而實現的。
蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由兩個催化亞基和兩個調節亞基組成，在沒有cAMP時，以鈍化複合體形式存在。cAMP與調節亞基結合，改變調節亞基構象，使調節亞基和催化亞基解離，釋放出催化亞基。活化的蛋白激酶A催化亞基可使細胞內某些蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，於是改變這些蛋白的活性，進一步影響到相關基因的表達。
蛋白激酶A在細胞中具有多種功能，包括調節糖原、糖和脂質的代謝。
蛋白激酶A功能背景
蛋白激酶 A，更準確地説是腺苷 3',5'-單磷酸（環磷腺苷）依賴的蛋白激酶，縮寫為 PKA，是由化學家埃德蒙·H·費舍爾和埃德温·G·克雷布斯在 1968 年發現的。他們因研究磷酸化和去磷酸化及其與 PKA 活性的關係而於 1992 年獲得諾貝爾生理學或醫學獎。
[1]
PKA 是最廣泛研究的蛋白激酶之一，部分原因是它的獨特性；在構成人類激酶組的 540 個不同蛋白激酶基因中，只有另一個蛋白激酶，酪蛋白激酶 2，被知道以生理四聚體複合物存在，這意味着它由四個亞基組成。
[2]
在斯坦·麥克奈特博士和其他人確定了四個可能的催化亞基基因和四個調節亞基基因後，人們意識到哺乳動物 PKA 亞基的多樣性。1991 年，蘇珊·泰勒和同事們對 PKA Cα 亞基進行了結晶，首次揭示了蛋白激酶核心的雙葉結構，為基因組中所有其他蛋白激酶（激酶組）提供了藍圖。
[3]
蛋白激酶A結構
當不活躍時，PKA 全酶以四聚體形式存在，由兩個調節亞基和兩個催化亞基組成。催化亞基包含活性位點，一系列在蛋白激酶中發現的、能結合和水解 ATP 的典型殘基，以及一個與調節亞基結合的域。調節亞基有結合環磷腺苷的域、與催化亞基相互作用的域，以及一個自抑制域。調節亞基有兩種主要形式；RI 和 RII。
[4]
哺乳動物細胞至少有兩種類型的 PKAs：類型 I 主要在細胞質中，而類型 II 通過其調節亞基和特殊的錨定蛋白（在錨定部分中描述）綁定到質膜、核膜、線粒體外膜和微管上。在這兩種類型中，一旦催化亞基被釋放並活躍，它們可以遷移到核內（在那裏它們可以磷酸化轉錄調節蛋白），而調節亞基則留在細胞質中。
[5]
以下人類基因編碼 PKA 亞基：
催化亞基 - PRKACA、PRKACB、PRKACG
調節亞基類型 I - PRKAR1A、PRKAR1B
調節亞基類型 II - PRKAR2A、PRKAR2B
蛋白激酶A機制
蛋白激酶A激活
PKA 也被普遍稱為 cAMP 依賴性蛋白激酶，因為它傳統上被認為是通過在各種信號的響應中，第二信使稱為環腺苷單磷酸（cAMP）水平升高時釋放催化亞基而激活的。然而，最近評估完整的全酶複合物，包括調節性 AKAP 結合的信號複合物的研究表明，PKA 的催化活性的局部亞細胞激活可能在不物理分離調節和催化組件的情況下進行，特別是在 cAMP 的生理濃度下。相反，實驗性誘導的超生理濃度的 cAMP，意味着高於細胞內通常觀察到的濃度，能夠導致全酶的分離，並釋放催化亞基。
[6]
胞外激素，如胰高血糖素和腎上腺素，通過首先與靶細胞上的 G 蛋白偶聯受體（GPCR）結合，啓動細胞內信號級聯，從而觸發蛋白激酶 A 的激活。當 GPCR 被胞外配體激活時，誘導受體中的構象變化通過蛋白域動態傳遞給附着的細胞內異源三聚體 G 蛋白複合物。被刺激的 G 蛋白複合物中的 Gs α 亞基在 GPCR 催化的反應中將 GDP 替換為 GTP，並從複合物中釋放。激活的 Gs α 亞基與一種稱為腺苷酰環化酶的酶結合，該酶反過來催化 ATP 轉化為 cAMP，直接增加 cAMP 水平。四個 cAMP 分子能夠綁定到兩個調節亞基。這是通過兩個 cAMP 分子分別與兩個 cAMP 結合位點（CNB-B 和 CNB-A）結合而完成的，這導致 PKA 調節亞基的構象變化，使亞基分離並釋放兩個已激活的催化亞基。
[5]
一旦從其抑制性調節亞基釋放，催化亞基就能夠繼續磷酸化大量其他帶有Arg-Arg-X-Ser/Thr序列的蛋白質。儘管它們仍然受到其他層面的調控，包括由PKA的熱穩定假底物抑制劑PKI的調節。
下面是PKA激活所涉及的步驟的列表：
1，胞漿cAMP增加
2，兩個cAMP分子與每個PKA調節亞基結合
3，調節亞基移出催化亞基的活性中心，R2C2複合物解離
4，遊離催化亞基與蛋白質相互作用生成磷酸化Ser或Thr殘基
蛋白激酶A催化作用
PKA激活後，釋放的催化亞基可以催化ATP末端磷酸基團轉移到蛋白底物的絲氨酸或蘇氨酸殘基上。這種磷酸化通常導致底物活性的變化。由於PKA存在於多種細胞中，作用於不同的底物，PKA調節和cAMP調節涉及許多不同的通路。
在蛋白質直接磷酸化過程中，PKA直接增加或降低蛋白質的活性。
在蛋白質合成中，PKA首先直接激活CREB，CREB結合cAMP反應元件，從而改變轉錄，改變蛋白質的合成。一般來説，這種機制需要更長的時間（幾小時到幾天）。
蛋白激酶A失活
蛋白激酶A的下調通過反饋機制發生，並涉及多種水解cAMP的磷酸二酯酶（PDE），它們屬於PKA激活的底物。磷酸二酯酶快速轉化cAMP為AMP，從而減少可激活蛋白激酶A的cAMP的量。PKA也受一系列複雜的磷酸化事件調節，其可包括自身磷酸化修飾和被調節激酶如PDK1的磷酸化。〔此外，催化亞基本身也可以被磷酸化來下調。
蛋白激酶A定位
PKA的調節亞基二聚體對其細胞內定位是重要的。二聚體的二聚和對接（dimerization and docking, D/D）結構域與A激酶錨蛋白（AKAP）的A-激酶結合（A-kinase binding, AKB）結構域結合。AKAP將PKA定位於細胞內的不同位置（例如，質膜、線粒體等）。
- 參考資料
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- 1. Structure of a peptide inhibitor bound to the catalytic subunit of cyclic adenosine monophosphate ．PubMed
- 2. Protein kinase A catalytic subunit isoform PRKACA; History, function and physiology ．PubMed
- 3. The protein kinase complement of the human genome ．PubMed
- 4. Kinase ．PubMed
- 5. Bruce Alberts, Rebecca Heald, Julian Lewis, David Morgan, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter．Molecular Biology of the Cell (Sixth ed.)：Garland Science，2017-08-07
- 6. Local protein kinase A action proceeds through intact holoenzymes ．PubMed
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