Протеинкиназа а
КАМФ-зависимая протеинкиназа (протеинкиназа А) | |||
---|---|---|---|
![]() КАМФ-зависимая протеинкиназа Hetero12mer, SUS Scrofa | |||
Идентификаторы | |||
ЕС №. | 2.7.11.11 | ||
CAS №. | 142008-29-5 | ||
Альт. имена | STK22, PKA, PKA C | ||
Базы данных | |||
Intenz | Intenz View | ||
Бренда | Бренда вход | ||
Расширение | Вид Nicezyme | ||
Кегг | Кегг вход | ||
Метатический | Метаболический путь | ||
Напрямую | профиль | ||
PDB Структуры | RCSB PDB PDBE PDBSUM | ||
|
В клеточной биологии протеинкиназа A ( PKA ) является семейством серин-треонинкиназы [ 1 ] чья активность зависит от клеточных уровней циклического AMP (CAMP). PKA также известен как CAMP-зависимая протеинкиназа ( EC 2.7.11.11 ). PKA имеет несколько функций в клетке, включая регуляцию гликогена , сахара и липидов метаболизма . Его не следует путать с 5'- AMP-активированной протеинкиназой ( AMP-активированная протеинкиназа ).
История
[ редактировать ]Протеинкиназа A, более точно известная как аденозин 3 ', 5'-монофосфат (циклический AMP), защищенная от PKA, была обнаружена химиками Эдмонд Х. Фишер и Эдвин Дж. Кребс в 1968 году. Они выиграли Нобелевскую премию. в области физиологии или медицины в 1992 году за их работу по фосфорилированию и дефосфорилированию и тому, как это связано с активностью PKA. [ 2 ]
PKA является одним из наиболее широко исследованных протеинкиназ , отчасти из -за его уникальности; Известно , что из 540 различных генов протеинкиназы, которые составляют кином человека , только одна другая протеинкиназа, казеинкиназа 2 , существует в физиологическом тетрамерном комплексе, что означает, что он состоит из четырех субъединиц. [ 1 ]
Разнообразие субъединиц PKA млекопитающих было реализовано после того, как доктор Стэн Макнайт и другие идентифицировали четыре возможных гена каталитических субъединиц и четыре регуляторных гена субъединицы. В 1991 году Сьюзен Тейлор и его коллеги кристаллизовали субъединицу PKA Cα, которая впервые выявила би-летобинскую структуру ядра протеинкиназы, обеспечивая план для всех других протеинкиназ в геноме (кином). [ 3 ]
Структура
[ редактировать ]В неактивном апофермент PKA существует как тетрамер, который состоит из двух регуляторных субъединиц и двух каталитических субъединиц. Каталитическая субъединица содержит активный сайт, серию канонических остатков, обнаруженных в протеинкиназах , которые связывают и гидролизируют АТФ , и домен для связывания регуляторной субъединицы. Регуляторная субъединица имеет домены для связывания с циклическим AMP, доменом, который взаимодействует с каталитической субъединицей, и автоматическим ингибирующим доменом. Есть две основные формы регулирующей субъединицы; RI и RII. [ 4 ]
Клетки млекопитающих имеют как минимум два типа PKAS: тип I в основном в цитозоле , тогда как тип II связан с помощью его регуляторных субъединиц и специальных якорных белков, описанных в сечении якорной стоянки , с плазматической мембраной , ядерной мембраной с плазматической мембраной, митохондриальной внешней мембраной, с плазматической мембраной , митохондриальной внешней мембраной , митохондриальной внешней мембраной , митохондриальной и микротрубочки . В обоих типах, как только каталитические субъединицы освобождаются и активны, они могут мигрировать в ядро (где они могут фосфорилировать регуляторные белки транскрипции), в то время как регуляторные субъединицы остаются в цитоплазме. [ 5 ]
Следующие человеческие гены кодируют субъединицы PKA:
- Каталитическая субъединица - Prkaca , prkacb , prkacg
- регуляторная субъединица типа I - PRKAR1A , PRKAR1B
- регуляторная субъединица тип II - Prkar2a , Prkar2b
Механизм
[ редактировать ]
Активация
[ редактировать ]PKA также широко известен как CAMP-зависимая протеинкиназа, потому что традиционно считается активируемой посредством высвобождения каталитических субъединиц, когда уровни второго посланника называют циклическим аденозин-монофосфатом или цАМФ, повышаются в ответ на различные сигналы. Однако недавние исследования, оценивающие интактные голооферментные комплексы, в том числе регуляторные сигнальные комплексы, связанные с AKAP, показали, что локальная субсибилилярная активация каталитической активности PKA может происходить без физического разделения регуляторных и каталитических компонентов, особенно при физиологических концентрациях лагма Полем [ 6 ] [ 7 ] Напротив, экспериментально индуцированные физиологические концентрации цАМФ выше, что означает выше, чем обычно, наблюдаемые в клетках, способны вызывать разделение голоуферментов и высвобождение каталитических субъединиц. [ 6 ]
Внеклеточные гормоны, такие как глюкагон и адреналин , начинают внутриклеточный сигнальный каскад, который запускает активацию протеинкиназы А путем сначала связывания с G -белковым рецептором (GPCR) на клетке -мишени. Когда GPCR активируется его внеклеточным лигандом, конформационное изменение в рецепторе индуцируется , которое передается в прикрепленный внутриклеточный гетеротримерный комплекс G -белка с помощью динамики домена белка . Альфа -субъединица GS стимулированного G -белкового комплекса обменивается GDP на GTP в реакции, катализируемой GPCR и высвобождается из комплекса. Активированная альфа -субъединица GS связывается и активирует фермент, называемый аденилилуциклазой , который, в свою очередь, катализирует превращение АТФ в цАМФ, непосредственно повышая уровень цАМФ. Четыре молекулы лагеря способны связываться с двумя регуляторными субъединицами. Это делается с помощью двух молекул цАМФ, связывающих каждый из двух сайтов связывания цАМФ (CNB-B и CNB-A), что вызывает конформационные изменения в регуляторных субъединицах PKA, в результате чего субъединицы отсоединяют и развязают два, теперь активированные, каталитические субъединицы. [ 8 ]
После освобождения от ингибирующей регуляторной субъединицы каталитические субъединицы могут продолжать фосфорилировать ряд других белков в минимальном субстратном контексте ARG-ARG-X-Ser/THR., [ 9 ] Хотя они по -прежнему подвержены другим уровням регуляции, включая модуляцию с помощью ингибитора псевдосубата псевдосубстрата PKA, называемого PKI. [ 7 ] [ 10 ]
Ниже приведен список шагов, связанных с активацией PKA:
- Цитозольный лагерь увеличивается
- Две молекулы лагеря связываются с каждой регуляторной субъединицей PKA
- Регуляторные субъединицы выходят из активных участков каталитических субъединиц и комплекса R2C2 диссоциируются
- Свободные каталитические субъединицы взаимодействуют с белками с остатками фосфорилита Ser или Thr.
Катализ
[ редактировать ]Освобожденные каталитические субъединицы могут затем катализировать перенос терминальных фосфатов АТФ в белковые субстраты в серине или треониновых остатках . Это фосфорилирование обычно приводит к изменению активности субстрата. Поскольку PKA присутствуют в различных клетках и действуют на различные субстраты, регуляция PKA и регуляция цАМФ участвуют во многих различных путях.
Механизмы дальнейшего эффекта могут быть разделены на прямое фосфорилирование белка и синтез белка:
- В прямом фосфорилировании белка PKA напрямую либо увеличивает, либо снижает активность белка.
- В синтезе белка PKA сначала напрямую активирует CREB , который связывает элемент ответа цАМФ (CRE), изменяя транскрипцию и, следовательно, синтез белка. В целом, этот механизм занимает больше времени (часы до дней).
Механизм фосфорилирования
[ редактировать ]Остаток серина/треонина субстратного пептида ориентирован таким образом, что гидроксильная группа сталкивается с гамма -фосфатной группой связанной молекулы АТФ. И субстрат, АТФ и два иона MG2+ образуют интенсивные контакты с каталитической субъединицей PKA. В активной конформации спираль C упаковывается против N-концевой доли, а аспартатный остаток консервативного мотива DFG хелатирует ионы MG2+, помогая в позиционировании субстрата АТФ. Трихосфатная группа АТФ указывает из аденозинового кармана для переноса гамма-фосфата в серин/треонин пептидного субстрата. Существует несколько консервативных остатков, включая глутамат (E) 91 и лизин (K) 72, которые опосредуют позиционирование альфа-и бетафосфатных групп. Гидроксильная группа серинового/треонина пептидного субстрата атакует гамма-фосфатную группу на фосфоре посредством нуклеофильной реакции SN2, что приводит к переносу терминального фосфата в пептидный субстрат и расщепление фосфодиэфирной связи между бета-фосфатом и Гамма-фосфатные группы. PKA действует как модель для понимания Биология протеинкиназы , с положением консервативных остатков, помогающих различать активную протеинкиназу и неактивные псевдокиназные члены кинома человека.
Инактивация
[ редактировать ]
Понижающая регуляция протеинкиназы А происходит с помощью механизма обратной связи и использует ряд ферментов гидролизующих фосфодиэстеразы (PDE) цАМФ (PDE), которые принадлежат субстратам, активируемым PKA. Фосфодиэстераза быстро превращает лагерь в AMP, тем самым уменьшая количество цАМФ, которое может активировать протеинкиназу A. PKA также регулируется сложной серией событий фосфорилирования, которые могут включать модификацию с помощью аутофосфорилирования и фосфорилирования регуляторными киназами, такими как PDK1. [ 7 ]
Таким образом, PKA контролируется частично уровнями лагеря . Кроме того, сама каталитическая субъединица может понижать фосфорилирование.
Якорн
[ редактировать ]Регуляторный димер субъединицы PKA важен для локализации киназы внутри клетки. Домен димеризации и стыковки (D/D) димера связывается с доменом связывания а-киназы (AKB) якоря а-киназы (AKAP). AKAPS локализуют PKA в различных местах (например, плазматическая мембрана, митохондрии и т. Д.) В ячейке.
AKAPS связывают многие другие сигнальные белки, создавая очень эффективный сигнальный центр в определенном месте в ячейке. Например, AKAP, расположенный вблизи ядра клетки сердечных мышц, будет связывать как PKA, так и фосфодиэстеразу (CAMP гидролизу), что позволяет клетке ограничивать продуктивность PKA, поскольку каталитическая субъединица активируется после того, как цАМФ связывается с регуляторными субъединицами.
Функция
[ редактировать ]PKA фосфорилирует белки , которые подвергаются воздействию мотива аргинин-аргинин-X, в свою очередь (DE) активируют белки. Существуют много возможных субстратов PKA; Список таких субстратов доступен и поддерживается NIH . [ 11 ]
Поскольку экспрессия белка варьируется от типа клеток к типу клеток, белки, которые доступны для фосфорилирования, будут зависеть от клетки, в которой присутствует PKA. Таким образом, эффекты активации PKA варьируются в зависимости от типа ячейки :
Обзор таблица
[ редактировать ]В адипоцитах и гепатоцитах
[ редактировать ]Адреналин и глюкагон влияют на активность протеинкиназы А, изменяя уровни цАМФ в клетке с помощью механизма G-белка, используя аденилатциклазу . Протеинкиназа А действует для фосфорилирования многих ферментов, важных для метаболизма. Например, протеинкиназа А-фосфорилирует ацетил-КоА-карбоксилаза и пируватдегидрогеназа . Такая ковалентная модификация оказывает ингибирующее влияние на эти ферменты, тем самым ингибируя липогенез и способствуя чистую глюконеогенез . Инсулин, с другой стороны, снижает уровень фосфорилирования этих ферментов, которые вместо этого способствуют липогенезу. Напомним, что глюконеогенез не происходит в миоцитах.
В Nucleus accumbens Neurons
[ редактировать ]PKA помогает перенести/транслировать сигнал дофамина в клетки в прилегающем ядре , что опосредует вознаграждение, мотивацию и значимость задач . Подавляющее большинство восприятия вознаграждения включает в себя активацию нейронов в прилегающем ядре, некоторые примеры которых включают пол, лекарства для отдыха и пищу. Протеинкиназа А. Путь трансдукции сигнала помогает в модуляции потребления этанола и ее седативного эффекта. В исследовании мыши сообщается, что мыши с генетически сниженной передачей сигналов CAMP-PKA приводят к меньшему потреблению этанола и более чувствительны к его седативным эффектам. [ 18 ]
В скелетных мышцах
[ редактировать ]PKA направлен на определенные субклеточные местоположения после привязки к AKAPS . Рецептор Райанодина (RYR) совместно с фосфорилированием мышц AKAP и RYR и оттоком CA 2+ увеличивается за счет локализации PKA в RYR AKAPS. [ 19 ]
В сердечной мышце
[ редактировать ]В каскаде, опосредованном GPCR , известным как β 1 адренорецептор , активированный катехоламинами (в частности, норэпинефрино ), активируется PKA и фосфорилирует многочисленные мишени, а именно: каналы кальциума L-типа , фосфоламбан , тропонин I , миозиновое связывание протеинового протеина c, и калийские каналы-алонны, алистийские Channels Channels Channels Channels Channels Channels, тропонин I, связывание миозинового протеина c , и калийские каналы. Полем Это увеличивает нетропию , а также люситропию , увеличивая силу сокращения, а также позволяет мышцам быстрее расслабиться. [ 20 ] [ 21 ]
В формировании памяти
[ редактировать ]PKA всегда считалась важной в формировании памяти . У плодовой мухи снижение активности экспрессии DCO (ген каталитического субъединицы PKA) может вызвать серьезные нарушения обучения, средний термин память и краткосрочную память. Долгосрочная память зависит от фактора транскрипции CREB, регулируемого PKA. Исследование, проведенное на Drosophila, сообщило, что увеличение активности PKA может повлиять на краткосрочную память. Тем не менее, снижение активности PKA на 24% ингибировало способности к обучению и снижение на 16% влияло как на способность к обучению, так и удержание памяти. Образование нормальной памяти очень чувствительно к уровням PKA. [ 22 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Протеинкиназа
- Сигнальная трансдукция
- G-белок-связанный рецептор
- Серин/треонин-специфическая протеинкиназа
- Миозиновая легкая киназа
- Лагерь-зависимый путь
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Тернхэм, Ринни Э.; Скотт, Джон Д. (2016-02-15). «Протеинкиназа А. Каталитическая субъединица изоформа для Prkaca; история, функция и физиология» . Ген . 577 (2): 101–108. doi : 10.1016/j.gene.2015.11.052 . PMC 4713328 . PMID 26687711 .
- ^ Найтон, доктор; Чжэн Дж. Десять Эйк, LF; Сюн, NH; Тейлор, SS; Sowadski, JM (1991-07-26). «Структура пептидного ингибитора, связанного с каталитической субъединицей циклического аденозин-монофосфат-зависимой протеинкиназы». Наука . 253 (5018): 414–420. Bibcode : 1991sci ... 253..414K . doi : 10.1126/science.1862343 . ISSN 0036-8075 . PMID 1862343 .
- ^ Мэннинг, Г.; Уайт, ДБ; Martinez, R.; Охотник, т.; Sudarsanam, S. (2002-12-06). «Протеинкиназа комплемента генома человека». Наука . 298 (5600): 1912–1934. Bibcode : 2002sci ... 298.1912m . doi : 10.1126/science.1075762 . ISSN 1095-9203 . PMID 12471243 . S2CID 26554314 .
- ^ Бауман А.Л., Скотт Д.Д. (август 2002 г.). «Киназа и фосфатаза-анготирующие белки: используя динамический дуэт». Природная клеточная биология . 4 (8): E203–6. doi : 10.1038/ncb0802-e203 . PMID 12149635 . S2CID 1276537 .
- ^ Альбертс, Брюс (18 ноября 2014 г.). Молекулярная биология клетки (шестое изд.). Нью-Йорк. п. 835. ISBN 978-0-8153-4432-2 Полем OCLC 887605755 .
{{cite book}}
: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) - ^ Jump up to: а беременный Смит, FD; Esseltine, JL; Nygren, PJ; Veesler, D; Бирн, DP; Вондерах, м; Страшнов, я; Eyers, CE; Eyers, PA; Лангеберг, LK; Скотт, JD (2017). «Местная протеинкиназа Действие происходит через неповрежденные голоюнименты» . Наука . 356 (6344): 1288–1293. Bibcode : 2017sci ... 356.1288s . doi : 10.1126/science.aaj1669 . PMC 5693252 . PMID 28642438 .
- ^ Jump up to: а беременный в Бирн, DP; Вондерах, м; Паромы, с; Браунридж, PJ; Eyers, CE; Eyers, PA (2016). «КАМФ-зависимые комплексы протеинкиназы (PKA), исследованные с помощью комплементарной дифференциальной фториметрии и спектрометрии мобильности ионной мобильности» . Биохимический журнал . 473 (19): 3159–3175. doi : 10.1042/bcj20160648 . PMC 5095912 . PMID 27444646 .
- ^ Lodish; и др. (2016). "15,5". Молекулярная клеточная биология (8 -е изд.). WH Freeman and Company. п. 701. ISBN 978-1-4641-8339-3 .
- ^ Voet, Voet & Pratt (2008). Основы биохимии , 3 -е издание. Уайли. Стр. 432
- ^ Скотт, JD; Glaccum, MB; Фишер, эх; Кребс, например (1986). «Требования к первичной структуре для ингибирования теплостабильным ингибитором цАМФ-зависимой протеинкиназы» . ПНА . 83 (6): 1613–1616. Bibcode : 1986pnas ... 83.1613s . doi : 10.1073/pnas.83.6.1613 . PMC 323133 . PMID 3456605 .
- ^ «Подложки PKA» . НАЦИОНАЛЬНЫЕ ИНСТИТУТЫ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ США .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Rang HP (2003). Фармакология . Эдинбург: Черчилль Ливингстон. ISBN 978-0-443-07145-4 Полем Страница 172
- ^ Родригес П., Кранис Э.Г. (декабрь 2005 г.). «Фосфоламбан: ключевой детерминант сердечной функции и дисфункции». Архив сердечных заболеваний и сосудов . 98 (12): 1239–43. PMID 16435604 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и Boron WF, Boulpaep EL (2005). Медицинская физиология: клеточный и молекулярный подход (обновленный изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Elsevier Saunders. п. 842. ISBN 978-1-4160-2328-9 .
- ^ Boron WF, Boulpaep EL (2005). Медицинская физиология: клеточное и молекулярное пристах (обновленное изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Elsevier Saunders. п. 844. ISBN 978-1-4160-2328-9 .
- ^ Boron WF, Boulpaep EL (2005). Медицинская физиология: клеточный и молекулярный подход (обновленный изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Elsevier Saunders. п. 852. ISBN 978-1-4160-2328-9 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Boron WF, Boulpaep EL (2005). Медицинская физиология: клеточный и молекулярный подход (обновленный изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Elsevier Saunders. п. 867. ISBN 978-1-4160-2328-9 .
- ^ Палочка, Гэри; Левин, Майкл; Zweifel, Larry; Швиндингер, Уильям; Абель, Тед (2001-07-15). «Путь трансдукции передачи лагеря -белок -киназа модулирует потребление этанола и седативные эффекты этанола» . Журнал нейробиологии . 21 (14): 5297–5303. doi : 10.1523/jneurosci.21-14-05297.2001 . ISSN 0270-6474 . PMC 6762861 . PMID 11438605 .
- ^ Рюр, Мэри Л.; Рассел, Мэри А.; Фергюсон, Дональд Дж.; Бхат, Манджу; MA, Jianjie; Дамрон, Дерек С.; Скотт, Джон Д.; Бонд, Мередит (2003-07-04). «Нацеливание на протеинкиназу A с помощью мышц-киназы, анкерного белка (MAKAP), регулирует фосфорилирование и функцию рецептора рианодина скелетных мышц» . Журнал биологической химии . 278 (27): 24831–24836. doi : 10.1074/jbc.m213279200 . ISSN 0021-9258 . PMID 12709444 .
- ^ Шах, Аджай М.; Соларо Р. Джон; Layland, Joanne (2005-04-01). «Регуляция кардиологической сократительной функции фосфорилированием тропонина I» . Сердечно -сосудистые исследования . 66 (1): 12–21. doi : 10.1016/j.cardiores.2004.12.022 . ISSN 0008-6363 . PMID 15769444 .
- ^ Boron, Walter F.; Boulpaep, Emile L. (2012). Медицинская физиология: клеточный и молекулярный подход . Boron, Walter f. ,, Boulpaep, Emile L. (Обновлено второе изд.). Филадельфия, Пенсильвания. ISBN 9781437717532 Полем OCLC 756281854 .
{{cite book}}
: CS1 Maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка ) - ^ Хориучи, Джунджиро; Ямазаки, Дайсуке; Наганос, Шинтаро; Агаки, Тоширо; Сайто, Минору (2008-12-30). «Протеинкиназа А ингибирует консолидированную форму памяти у дрозофилы» . Труды Национальной академии наук . 105 (52): 20976–20981. Bibcode : 2008pnas..10520976H . doi : 10.1073/pnas.0810119105 . ISSN 0027-8424 . PMC 2634933 . PMID 19075226 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Циклический+AMP-зависимый+белок+киназы в Национальной библиотеке Медицинской библиотеки Медицинской библиотеки (Mesh)
- Drosophila CAMP -зависимая протеинкиназа 1 - интерактивная муха
- КАМФ-зависимая протеинкиназа: молекула PDB месяца
- Обзор всей структурной информации, доступной в PDB для Uniprot : P25321 (CAMP-зависимая протеинкиназа каталитическая субъединица альфа) в PDBE-KB .