pKa[蛋白激酶A]

蛋白激酶 A (protein kinase A，PKA) 是一類依賴於環腺苷酸（cyclic AMP）的酶，又稱依賴於cAMP的蛋白激酶A (cyclic-AMP dependent protein kinase A)。 PKA在細胞中的作用有調節糖原，代謝脂類等。

背景

蛋白激酶A（PKA）首先由化學家H. Fischer與Edwin G. Krebs在1968年發現。他們因為磷酸化作用和脫磷酸化作用與PKA活性關係的工作獲得了1992年諾貝爾生理學或醫學獎。

PKA是一類被研究最多的蛋白激酶，部分是因為它的獨特性。在人類540個不同的蛋白激酶基因中，除了PKA之外，只已知酪蛋白激酶2（Casein kinase 2）以四聚體形式存在。

在Stan Knight等人發現PKA可能有四種C亞基和四種R亞基之後，人們開始意識到哺乳動物PKA亞基的多樣性。1991年，Susan Taylor等人通過結晶方法首次得到了該亞基的內部結構，為其他激酶的研究提供了模型。

結構

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。其中C亞基包含能夠結合併水解ATP的活性位點以及結合R亞基的結構域，R亞基包含能夠結合cAMP的結構域，結合C亞基的結構域和自我抑制區域（auto inhibitory domain）。調節亞基主要有兩種形式：RI和RII。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。

原理

活化

細胞外的激素如胰高血糖素或腎上腺素首先結合到目標細胞的G蛋白偶聯受體（GPCR）上。由於動力學因素的影響，受體發生構型轉化，Gs亞基將自身攜帶的GDP換成GTP，從複合體中釋放出來。活化的Gs亞基結合併活化腺苷酸環化酶（adenylyl cyclase）。腺苷酸環化酶再催化ATP轉變為cAMP的反應，增加cAMP濃度。兩個cAMP分子結合到R亞基的兩個cAMP結合位點CNB-A和CNB-B上，導致PKA的調節亞基產生構型轉化，釋放兩個催化亞基。一旦被釋放，催化亞基會將包含Arg-Arg-X-Ser/Thr序列的其他蛋白磷酸化。

cAMP通過活化PKA傳遞信號

磷酸化

在活躍的構型下，保守的天冬氨酸-苯丙氨酸-甘氨酸模段（DFG motif）和鎂離子螯合，幫助底物和ATP定位，PKA的催化亞基從而同時和底物，ATP及兩個Mg離子緊密結合。底物肽鏈的絲氨酸/色氨酸的羥基通過SN2親核加成的方式進攻ATP的第三個磷酸基團，使該基團轉移到底物上。保守的胺基酸殘基的位置是區分活躍的激酶和假激酶的一個重要依據，PKA提供了很好的模型。

失活

PKA的負調控依賴於反饋機制，PKA受到cAMP水平的調控，其激活的磷酸二酯酶又能夠水解cAMP，從而起到調控的目的。PKA的催化亞基也受到一系列磷酸化事件的調控，包括PDK1等調節激酶產生的自磷酸化和磷酸化作用。

固定

PKA調節亞基二聚體對於固定細胞內激酶起到重要作用。調節亞基二聚體的二聚和對接區域（dimerization and docking domain）能與A激酶錨定蛋白（A-kinase anchor protein，AKAP）的A激酶結合區域（A-kinase binding， AKB）結合。AKAP將PKA固定在細胞中各個位置，如細胞質膜，線粒體等。

AKAP也能結合其它信號蛋白，形成細胞內特定位置的信息樞紐。比如在心肌細胞的細胞核附近的AKAP會結合PKA和磷酸二酯酶（水解cAMP），起到限制PKA的活性的作用。

功能

由於在不同細胞中可供PKA磷酸化的蛋白種類不同，PKA在不同細胞中的作用也會有所差異。

脂肪細胞和肝細胞

腎上腺素和胰高血糖素通過G蛋白機制改變細胞中cAMP水平，激活PKA。PKA再將代謝過程中重要的酶磷酸化，如乙醯CoA羧化酶和丙酮酸脫氫酶，從而將抑制這些酶的活性，達到抑制脂肪合成，促進糖異生的目的。

伏隔核神經元

PKA將多巴胺信號傳入與獎賞，激勵有關的伏隔核中。PKA的轉導通道調節酒精攝入，也與酒精的鎮靜作用有關。一個小鼠研究表明，通過基因編輯削弱cAMP-PKA通路的小鼠攝入更少酒精，對其鎮靜作用更加敏感。

骨骼肌

PKA與肌漿網上的鈣離子釋放通道或者Ryanodine受體（RyR）被AKAP固定在同一區域。PKA增加RyR的磷酸化，促進Ca離子流出。

記憶形成

PKA與記憶形成有密切關係。減少DCO（PKA催化亞基的編碼基因）的表達活性會導致嚴重的學習障礙。長期的記憶依賴於受到PKA調控的CREB轉錄因子。一個果蠅實驗表明增加PKA活性能強化短期記憶，降低PKA活性則會影響學習能力和記憶維持。正常記憶的形成對PKA水平高度敏感。