PKA (Протеинкиназа цАМФ-зависимая)


Карта белка протеинкиназы цАМФ-зависимой

В большинстве клеток животных присутствуют две cAMP-зависимые протеинкиназы, фосфорилирующие белки-мишени по остаткам Ser и Thr (серин/треониновые A-киназы). Обе A-киназы представляют собой тетрамеры, состоящие из регуляторного (R) и каталитического (C) димеров полипептидных цепей. R-Димер является мишенью для cAMP, с которым он взаимодействует. Это сопровождается диссоциацией комплекса и освобождением C-цепей, обладающих протеинкиназной активностью. Образующиеся полипептиды, свободно диффундируя в цитоплазме, попадают в ядро, где могут фосфорилировать подходящие белки-мишени, в том числе, факторы транскрипции, что сопровождается их активацией и индукцией транскрипции соответствующих генов. Внутриядерными мишенями киназы A являются факторы транскрипции CREB , CREM , AP2 , SRF , Sp1 , участвующие в контроле большого числа клеточных функций, включая пролиферацию и дифференцировку клеток, метаболизм гликогена, регуляцию ионных каналов и т.д.

цАМФ-стимулируемые протеинкиназы ( ПК-A ), имеют молекулярный вес 150-180кД. При связывании цАМФ происходит диссоциация холофермента на регуляторный димер (каждая из субъединиц с молекулярным весом 420-550кД) и две каталитические субъединицы (молекулярный вес 380-420кД). Холофермент не обладает каталитической активностью. После отщепления от регуляторной субъединицы, оказывающей ингибирующее влияние, каталитическая субъединица приобретает фосфотрансферазную активность.

Она фосфорилирует белки по серину и треонину . Сайт фосфорилирования ПК-А характерен тем, что со стороны N -конца от серина и треонина расположены две или несколько основных аминокислот.

Протеинкиназа, активность которой регулируется сАМР , называется протеинкиназой А (ПКА). В 1968 г. Кребс с сотрудниками обнаружили сАМР-зависимую протеинкиназу, фосфорилирующую белки-мишени по серину или треонину. ПКА катализирует перенос концевого фосфата с АТР на определенные остатки серина и треонина . Ковалентное фосфорилирование этих остатков регулирует активность этих белков. сАМР-зависимые протеинкиназы А выделены из различных тканей. В неактивном состоянии ПКА - это комплекс, состоящий из двух регуляторных субъединиц (R), связывающих сАМР, и двух каталитических субъединиц (С) образующих четвертичную структуру типа R2C2. ( рис. 7.1 ). Тетрамер стабилизирован взаимодействием между каталитическим участком и псевдосубстратной последовательностью на регуляторной субъединице которая очень похожа на последовательность, которая фосфорилируется на субстрате. При связывании регуляторной субъединицы неактивированного комплекса R2C2 c cАМР происходит его диссоциация и высвобождается активная каталитическая субъединица, способная фосфорилировать определенные белки субстраты. Для освобождения одной каталитической субъединицы необходимо связывание 2-х молекул сАМР с одной регуляторной субъединицей. Концентрация ПКА в клетках млекопитающих достаточно высока, чтобы связать практически весь сАМР и сделать его недоступным для гидролиза фосфодиэстеразой . Однако при диссоциации комплекса связывание сАМР с регуляторной субъединицей ослабевает, сАМР диссоциирует и становится доступной для фосфодиэстеразы, активность которой к тому же усиливается фосфорилированием ПКА. Возврат системы в исходное, не активированное состояние происходит после дефосфорилирования белка соответствующими фосфатазами . ПКА обнаружена во всех животных клетках. Почти все эффекты, вызываемые сАМР, реализуются благодаря ей. К настоящему времени известно несколько десятков ферментов, активность которых регулируется in vivo и in vitro за счет фосфорилирования протеинкиназами А. Обнаружено, что субстратами протеинкиназ А являются многие ядерные белки, в том числе гистоны ; одна из фракций минорных белков микротрубочек из мозга ( МАР-2 ); ряд мембранных белков мозга; Са2+-АТРаза и фосфоламбан в саркоплазматическом ретикулуме и многие другие.

Протеинкиназы зависимые от цАМФ, подразделяются на два типа. У первого типа цАМФ протеинкиназ связь субъединиц менее прочная. При инкубации второй формы протеинкиназы с АТФ происходит включение двух молекул фосфора в регуляторный димер. Аутофосфорилирование облегчает диссоциацию холофермента, происходящую под действием цАМФ. 

Регуляторная субъединица PKA первого типа RI имеет меньший молекулярный вес (490кДа), чем субъединица второго типа RII (550кДа), однако ограниченный протеолиз не приводит к переходу RI в RII. Опыты по "гибридизации" каталитической субъединицы с разными регуляторными белками показали, что образование первого или второго типа фермента полностью определяется свойствами регуляторной субъединицы и не зависит от каталитических субъединиц.

Каталитические субъединицы у разных цАМФ-протеинкиназ не идентичны. Они различаются прежде всего специфичностью в отношении белковых субстратов. Определенные различия существуют и в физико-химических свойствах. В одной и той же ткани методами изоэлектрофокусировки можно обнаружить две-три формы каталитической субъединицы.

По данным Е.С. Северина , фосфотрансферазная реакция, катализируемая цАМФ-протеинкиназой, протекает через стадию образования фосфогистидина в активном центре фермента. Миграция фосфата с фермента на ОН-группу сернала или треонина белкового субстрата завершает эту реакцию, и фосфорилированный субстрат покидает активный центр. Протеинкиназы не имеют абсолютной субстратной специфичности: в модельных опытах они могут фосфорилировать и посторонние, несвойственные им субстраты, однако скорость такого фосфорилирования обычно в несколько раз или в несколько десятков раз ниже.

Передача сигнала: взаимодействие PKA и PKC опосредованных путей (c-fos)

Ген c-fos: регуляция, пути передачи сигнала PKA-зависимые, CRE

Смотрите также:

  • NF-kB Белок
  • Дизентерия: патогенез и патологическая анатомия
  • Аденилатциклаза: общие сведения
  • Гормоны: молекулярные механизмы действия
  • Регуляция метаболизма: гликолиз, глюконеогенез и пентозофосфатный путь
  • Муковисцидоз и органоспецифические нарушения
  • Адренорецепторы: структура и функция
  • Ca2+-АТФаза Плазматических мембран: молекулярная структура