Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Семейство ферментов
Family of enzymes
В клеточной биологии протеинкиназа А (PKA) — это семейство серин/треониновых киназ.
In cell biology, protein kinase A (PKA) is a family of serine threonine kinase
PKA является одной из наиболее широко изученных протеинкиназ, отчасти благодаря своей уникальности; из 540 различных генов протеинкиназ, составляющих кином человека, только одна другая протеинкиназа, казеинкиназа 2, известна как существующая в физиологическом тетрамерном комплексе, то есть состоящая из четырех субъединиц. Разнообразие субъединиц PKA млекопитающих стало известно после того, как доктор Стэн Макнайт и другие идентифицировали четыре возможных гена, кодирующих каталитические субъединицы, и четыре гена, кодирующих регуляторные субъединицы. В 1991 году Сьюзан Тейлор и ее коллеги кристаллизовали субъединицу PKA Cα, что впервые позволило определить билобную структуру ядра протеинкиназы, предоставив базовую модель для всех остальных протеинкиназ в геноме (киноме).
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).
Механизм фосфорилирования
Серин/треонин остатка пептидной подложки ориентирован таким образом, что гидроксильная группа направлена к гамма-фосфатной группе связанной молекулы АТФ. Как субстрат, АТФ, так и два иона Mg2+ образуют интенсивные контакты с каталитической субъединицей PKA. В активной конформации C-спираль плотно прилегает к N-концевому домену, а остаток аспартата консервативного мотива DFG хелатирует ионы Mg2+, способствуя позиционированию субстрата АТФ. Трифосфатная группа АТФ выступает из аденозинового кармана для переноса гамма-фосфата на серин/треонин пептидной подложки. Присутствуют несколько консервативных остатков, включая глутамат (E) 91 и лизин (K) 72, которые обеспечивают позиционирование альфа- и бета-фосфатных групп. Гидроксильная группа серина/треонина пептидной подложки атакует гамма-фосфатную группу по фосфору посредством нуклеофильной реакции SN2, что приводит к переносу концевого фосфата на пептидную подложку и разрыву фосфодиэфирной связи между бета- и гамма-фосфатными группами. PKA служит моделью для понимания биологии протеинкиназ, а положение консервативных остатков помогает различать активные протеинкиназы и неактивные псевдокиназы, входящие в состав человеческого кинома.
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.
Инективация
Снижение активности белковой киназы А происходит посредством механизма обратной связи и использует ряд ферментов фосфодиэстеразы (ФДЭ), гидролизующих цАМФ, которые сами являются субстратами, активируемыми PKA. Фосфодиэстераза быстро преобразует цАМФ в АМФ, тем самым уменьшая количество цАМФ, способного активировать белковую киназу А. PKA также регулируется сложной серией событий фосфорилирования, которые могут включать модификацию посредством аутофосфорилирования и фосфорилирования регуляторными киназами, такими как PDK1. Поскольку экспрессия белков варьируется в зависимости от типа клеток, набор белков, доступных для фосфорилирования, будет зависеть от конкретной клетки, в которой присутствует PKA. Таким образом, эффекты активации PKA различаются в зависимости от типа клеток.
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:
В скелетных мышцах
PKA направляется в специфические субклеточные локации после связывания с AKAP. Рианодиновый рецептор (RyR) ко-локализуется с мышечным AKAP, а фосфорилирование RyR и высвобождение Ca2+ усиливаются за счет локализации PKA у RyR посредством AKAP.
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.
В сердечной мышце
В каскаде, опосредованном GPCR, известным как β1-адренорецептор, активируемым катехоламинами (в особенности норадреналином), происходит активация PKA, которая фосфорилирует множество мишеней, в частности: кальциевые каналы L-типа, фосфоламбан, тропонин I, миозин-связывающий белок C и калиевые каналы. Это повышает инотропность и лузитропность, увеличивая силу сокращения и способствуя более быстрому расслаблению мышц.
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.
В процессе формирования памяти
ПКА всегда считалась важной в формировании памяти. У плодовой мушки снижение экспрессии гена DCO (гена, кодирующего каталитическую субъединицу PKA) может вызывать серьезные нарушения в обучении, а также влиять на память среднего и короткого срока. Долговременная память зависит от транскрипционного фактора CREB, который регулируется PKA. Исследование на дрозофилах показало, что увеличение активности PKA может влиять на кратковременную память. Однако снижение активности PKA на 24% ингибировало способность к обучению, а снижение на 16% влияло как на способность к обучению, так и на удержание памяти. Формирование нормальной памяти крайне чувствительно к уровню PKA.
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.