Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Ферменттер отбасы
Family of enzymes
Жасуша биологиясында, белок киназасы А (PKA) – серин-треонин киназаларының отбасы.
In cell biology, protein kinase A (PKA) is a family of serine threonine kinase
PKA – адам киномын құрайтын 540 түрлі белок киназа генінің ішінде ең көп зерттелген белок киназаларының бірі, оның ерекшелігінен көрінеді. Тек бір басқа белок киназасы – казеин киназасы 2 ғана физиологиялық тетрамерлік кешенде бар екені белгілі, яғни ол төрт суббұрынттан тұрады. Сүтқоректілердің PKA суббұрынттарының әртүрлілігі доктор Стэн Макнайт және басқалар төрт каталитикалық суббұрынт генін және төрт реттеуші суббұрынт генін анықтағаннан кейін анықталды. 1991 жылы Сьюзан Тейлор және оның әріптестері PKA Cα суббұрынын кристалдастырды, бұл белок киназасының ядросының екі бөліктен тұратын құрылымын алғаш рет көрсетті, және геномдағы (кином) барлық басқа белок киназалары үшін үлгі болды.
PKA is one of the most widely researched protein kinases, in part because of its uniqueness; out of 540 different protein kinase genes that make up the human kinome, only one other protein kinase, casein kinase 2, is known to exist in a physiological tetrameric complex, meaning it consists of four subunits. The diversity of mammalian PKA subunits was realized after Dr. Stan McKnight and others identified four possible catalytic subunit genes and four regulatory subunit genes. In 1991, Susan Taylor and colleagues crystallized the PKA Cα subunit, which revealed the bi lobe structure of the protein kinase core for the very first time, providing a blueprint for all the other protein kinases in a genome (the kinome).
Фосфорилирлеу механизмі
Субстрат пептидінің серин/треонин қалдығы гидроксил тобы байланысқан АТФ молекуласының гамма-фосфат тобына қарай бағытталған. Субстрат, АТФ және екі Mg2+ ионы PKA каталитикалық кішібірлігімен тығыз байланыс жасайды. Белсенді конформацияда C спиралі N-терминалдық бөлігіне жақын орналасады, ал сақталған DFG мотивінің аспартат қалдығы Mg2+ иондарын хелаттайды, бұл АТФ субстратын дұрыс позицияға келтіруге көмектеседі. АТФ-тың трифосфат тобы гамма-фосфаттың пептид субстратының серин/треонинге ауысуы үшін аденозин қалтасынан сыртқа қарай бағытталған. Альфа және бета фосфат топтарының орналасуын қамтамасыз ететін бірнеше сақталған қалдықтар бар, соның ішінде глутамат (E) 91 және лизин (K) 72. Пептид субстратының серин/треонин гидроксил тобы SN2 нуклеофильдік реакция арқылы гамма-фосфат тобының фосфорына шабуыл жасайды, нәтижесінде терминалдық фосфат пептид субстратына ауысады және бета-фосфат пен гамма-фосфат топтары арасындағы фосфодиэстерлік байланыс үзіледі. ПКА протеинкиназа биологиясын түсіну үшін үлгі ретінде қолданылады, сақталған қалдықтардың орны адам киномының белсенді протеинкиназасы мен белсенді емес псевдокиназа мүшелерін ажыратуға көмектеседі.
The Serine/Threonine residue of the substrate peptide is orientated in such a way that the hydroxyl group faces the gamma phosphate group of the bound ATP molecule. Both the substrate, ATP, and two Mg2+ ions form intensive contacts with the catalytic subunit of PKA. In the active conformation, the C helix packs against the N terminal lobe and the Aspartate residue of the conserved DFG motif chelates the Mg2+ ions, assisting in positioning the ATP substrate. The triphosphate group of ATP points out of the adenosine pocket for the transfer of gamma phosphate to the Serine/Threonine of the peptide substrate. There are several conserved residues, include Glutamate (E) 91 and Lysine (K) 72, that mediate the positioning of alpha and beta phosphate groups. The hydroxyl group of the peptide substrate's Serine/Threonine attacks the gamma phosphate group at the phosphorus via an SN2 nucleophilic reaction, which results in the transfer of the terminal phosphate to the peptide substrate and cleavage of the phosphodiester bond between the beta phosphate and the gamma phosphate groups. PKA acts as a model for understanding protein kinase biology, with the position of the conserved residues helping to distinguish the active protein kinase and inactive pseudokinase members of the human kinome.
Белсенділендіру
Протеинкиназа А төмендеуі кері байланыс механизмі арқылы жүзеге асады және PKA-ны белсендіретін субстраттарға жататын бірнеше cAMP гидролиздейтін фосфодиэстераза (PDE) ферменттерін қолданады. Фосфодиэстераза cAMP-ті AMP-ге жылдам түрлендіреді, осылайша протеинкиназа А-ны белсендіре алатын cAMP мөлшерін азайтады. PKA сондай-ақ фосфорилдеу оқиғаларының күрделі тізбегімен реттеледі, оған аутофосфорилдеу және PDK1 сияқты реттеуші киназалар арқылы фосфорилдеу кіруі мүмкін. Протеиннің экспрессиясы жасуша түріне қарай өзгеретіндіктен, фосфорилдеуге қолда бар белоктар PKA бар жасушаға байланысты болады. Осылайша, PKA белсенділігінің әсері жасуша түріне қарай өзгеріп отырады.
Downregulation of protein kinase A occurs by a feedback mechanism and uses a number of cAMP hydrolyzing phosphodiesterase (PDE) enzymes, which belong to the substrates activated by PKA. Phosphodiesterase quickly converts cAMP to AMP, thus reducing the amount of cAMP that can activate protein kinase A. PKA is also regulated by a complex series of phosphorylation events, which can include modification by autophosphorylation and phosphorylation by regulatory kinases, such as PDK1. As protein expression varies from cell type to cell type, the proteins that are available for phosphorylation will depend upon the cell in which PKA is present. Thus, the effects of PKA activation vary with cell type:
Скелет бұлшықетінде
ПКА АКАП-қа байланысу арқылы жасуша ішіндегі белгілі бір аймақтарға бағытталады. Раянодин рецепторы (RyR) бұлшықет АКАП-ымен бірге орналасады және АКАП-тың RyR-да PKA-ны орналастыруы RyR фосфорилирлеуін және Ca2+ шығысын арттырады.
PKA is directed to specific sub cellular locations after tethering to AKAPs. Ryanodine receptor (RyR) co localizes with the muscle AKAP and RyR phosphorylation and efflux of Ca2+ is increased by localization of PKA at RyR by AKAPs.
Жүрек бұлшықетінде
Катехоламиндер (әсіресе норадреналин) арқылы белсендірілетін β1 адренорецепторы деп аталатын GPCR-мен қатар жүретін каскадта PKA белсендіріледі және көптеген нысаналарды фосфорилирлейді, атап айтқанда: L типті кальций арналары, фосфоламбан, тропонин I, миозин байланыстырушы С ақуызы және калий арналары. Бұл инотропияны да, люзитропияны да арттырады, бұлшық еттердің жиырылу күшін күшейтеді, сондай-ақ бұлшық еттердің жылдамрақ босаңсуына жағдай жасайды.
In a cascade mediated by a GPCR known as β1 adrenoceptor, activated by catecholamines (notably norepinephrine), PKA gets activated and phosphorylates numerous targets, namely: L type calcium channels, phospholamban, troponin I, myosin binding protein C, and potassium channels. This increases inotropy as well as lusitropy, increasing contraction force as well as enabling the muscles to relax faster.
Есте сақтау процесінде
ПКА әрқашан есте сақтаудың қалыптасуында маңызды деп есептелді. Жеміс шыбынында DCO (ПКА каталитикалық суббөлімшесін кодтайтын ген) экспрессиясының төмендеуі ауыр оқу қиындықтарына, орта мерзімді және қысқа мерзімді есте сақтаудың бұзылуына әкелуі мүмкін. Ұзақ мерзімді есте сақтау ПКА арқылы реттелетін CREB транскрипциялық факторына тәуелді. Дрозофилаларға жасалған зерттеуде ПКА белсенділігінің жоғарылауы қысқа мерзімді есте сақтауға әсер етуі мүмкін екені көрсетілді. Дегенмен, ПКА белсенділігінің 24%-ға төмендеуі оқу қабілетін тежеді, ал 16%-ға төмендеуі оқу және есте сақтау қабілеттерін нашарлатты. Нормальді есте сақтаудың қалыптасуы ПКА деңгейіне өте сезімтал.
PKA has always been considered important in formation of a memory. In the fruit fly, reductions in expression activity of DCO (PKA catalytic subunit encoding gene) can cause severe learning disabilities, middle term memory and short term memory. Long term memory is dependent on the CREB transcription factor, regulated by PKA. A study done on drosophila reported that an increase in PKA activity can affect short term memory. However, a decrease in PKA activity by 24% inhibited learning abilities and a decrease by 16% affected both learning ability and memory retention. Formation of a normal memory is highly sensitive to PKA levels.