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。
PKA全酶分子是由四個亞基組成的四聚體, 其中兩個是調節亞基(regulatory subunit, 簡稱R 亞基)，另兩個是催化亞基(catalytic subunit, 簡稱 C 亞基)。R亞基的相對分子質量為49～55kDa, C亞基的相對分子質量為40kDa,總相對分子質量約為180kDa；全酶沒有活性。在大多數哺乳類細胞中， 至少有兩類蛋白激酶A, 一類存在於胞質溶膠， 另一類結合在質膜、核膜和微管上。
基本介紹
- 中文名：蛋白激酶A
- 外文名：protein kinase A，PKA
- 又稱：依賴於cAMP的蛋白激酶A
- 概述：生化特性最清楚的蛋白激酶
介紹,背景,結構,機制,激活,催化作用,失活,定位,
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,從而使其底物蛋白發生磷酸化而實現的。
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（圖8-15），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。
背景
1968年，化學家H. Fischer和Edwin G. Krebs發現了蛋白激酶A，更確切地說是腺苷3’, 5’-單磷酸（環AMP）依賴性蛋白激酶。他們因在磷酸化和去磷酸化以及它與蛋白激酶A活性的關係方面的工作而獲得了1992年的諾貝爾生理學或醫學獎。
PKA是研究得最廣泛的蛋白激酶之一，部分原因在於它的獨特性；在組成人類激酶組（kinome）的540個不同的蛋白激酶基因中，只有一個其他的蛋白激酶，酪蛋白激酶2，已知在生理條件下以四聚體形式的存在。
哺乳動物PKA亞基的多樣性是在Stan Knight博士和其他人鑑定出可能的四個C亞基基因和四個R亞基基因之後被意識到的。1991年，Susan Taylor等人結晶了PKA Cα亞基，首次揭示了蛋白激酶核心的雙葉結構，為基因組中所有其它蛋白激酶(“激酶組”)提供了藍圖。
結構
PKA全酶以四聚體形式存在，但PKA被靶向到特定組分時，也會在細胞中形成更高階的結構。經典的PKA全酶結構由兩個調節亞基（R亞基）和兩個催化亞基（C亞基）組成。催化亞基包含活性位點、在結合和水解ATP的蛋白激酶中發現的一系列典型殘基以及結合調節亞基的結構域。調節亞基具有結合到cAMP的結構域，該結構域與催化亞基和自身抑制結構域相互作用。調節亞基有兩種主要形式：RI和RII。
下列人類基因編碼PKA的亞基：
催化亞基——PRKACA、PRKACB、PRKACG
Ⅰ型調節亞基PRRK1A、PRKAR1B
Ⅱ型調節亞基PRKAR2A、PRKAR2B
機制
激活
PKA通常也被稱為cAMP依賴性蛋白激酶，因為傳統上認為當第二信使cAMP水平回響於各種信號而升高時，PKA通過釋放催化亞基而被激活。然而，最近的研究評估了完整的全酶複合物，包括被調節性AKAP結合的信號複合物，已經表明PKA催化活性的局部亞細胞活化可能在沒有調節和催化組分的物理分離的情況下進行，尤其是在生理濃度的cAMP下。相比之下，實驗誘導的超過生理濃度的cAMP能夠導致全酶的分離和催化亞基的釋放。
細胞外激素，如胰高血糖素和腎上腺素，能夠引起細胞內的信號級聯，通過首先與靶細胞上的G蛋白偶聯受體（GPCR）結合觸發蛋白激酶A激活。當GPCR被其胞外配體激活時，會引起受體的構象改變，該構象改變通過蛋白域動力學傳遞到附連的細胞內異源三聚體G蛋白複合物。受刺激的G蛋白複合物的Gsα亞單位釋放GDP，結合GTP，並從複合物中釋放。活化的Gsα亞基結合併激活腺苷酸環化酶，該酶又催化ATP轉化為環磷酸腺苷（cAMP），直接提高cAMP水平。四個cAMP分子能夠與兩個R亞基結合。這是通過兩個cAMP分子與兩個cAMP結合位點(CNB-B和CNB-A)中的每一個結合，引起PKA調節亞基的構象改變，導致亞基分離並釋放兩個(已經激活的)催化亞基。
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，游離催化亞基與蛋白質相互作用生成磷酸化Ser或Thr殘基
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。
進一步作用的機制可分為直接蛋白質磷酸化和蛋白質合成：
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。一般來說，這種機制需要更長的時間（幾小時到幾天）。
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。
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）。
