【7.1.6】蛋白质激酶(Protein kinases)

蛋白质激酶是一类催化蛋白质发生磷酸化的转移酶。在蛋白质激酶的催化下,许多酶上的羟基氨基酸Ser、Thr或Tyr上的羟基接受ATP分子上的γ-磷酸根而被磷酸化修饰,被修饰的酶活性因构象变化发生改变。这种改变是可逆的,在磷蛋白磷酸酶催化下,磷酸根被水解,酶又恢复到原来的状态。

  • 蛋白质激酶通过催化蛋白质的磷酸化而共价修饰其他的蛋白质
  • 磷酸化可改变一种蛋白质的活性、亚细胞定位和与其他蛋白质的结合
  • 人类基因组约含有500种蛋白质激酶的基因,占基因总数2%左右。约人体30%的 蛋白质可被磷酸化修饰,这些激酶参与调节主要的细胞通路,特别是信号转导 。细菌和植物也存在蛋白质激酶

二、蛋白质激酶的分类(Protein kinases types)

根据磷酸化的氨基酸(Based on the phosphorylated amino acids)

  1. 丝氨酸/苏氨酸蛋白质激酶(Serine/ThreonineProteinkinases): PKA, PKC, PKG, AMPAK
  2. 酪氨酸蛋白质激酶(TyrosineProteinkinases):受体酪氨酸激酶 (Receptor tyrosine kinase, RTK)
  3. 双底物特异性激酶(Dual-specificitykinase)
  4. 组氨酸蛋白质激酶(Histidineproteinkinase)

二、磷酸化对蛋白质的影响

磷酸化对蛋白质的影响包括:

  1. 增加了2个负电荷,影响其静电作用;
  2. 磷酸化基团可形成3个氢键;
  3. 较大的自由能变化,贮存在磷蛋白上;
  4. 磷酸化和去磷酸化可在很长的时段内发生,间隔的时间是可以调节的;
  5. 产生级联放大。一种激酶的底物可能是另外一种激酶,如此作用具有放大效应。

必须注意的是,某些酶因磷酸化修饰从无活性变为有活性,有些酶正好相反。磷酸化形式才有活性的酶有:糖原磷酸化酶和对激素敏感的脂肪酶;去磷酸化形式有活性的酶有:糖原合酶、丙酮酸激酶、丙酮酸脱氢酶、乙酰-CoA羧化酶、HMGCoA还原酶。

真核细胞内含有许多蛋白质激酶的现象说明了蛋白质磷酸化的重要性。据估计,人类基因组约编码了1 000种以上不同的蛋白质激酶。各种激酶的特异性彼此有别,按照接受磷酸根的氨基酸残基的性质,蛋白质激酶可分为丝氨酸/苏氨酸蛋白质激酶、酪氨酸蛋白质激酶和双功能激酶(既可修饰Ser/Thr,还可以修饰Tyr)。微生物体内还存在一种组氨酸蛋白质激酶。与蛋白质激酶相比,催化磷蛋白去磷酸化的磷酸酶的种类只有几百种,且作用的特异性要广,进化的保守性也比较强。

三、预测磷酸化形式还是脱磷酸化形式有活性

记住二句话(Just remember two statements):

  1. 饥饿的时候蛋白质的磷酸化水平上升
  2. 任何情况下,血糖浓度必须得到稳定

实例:磷酸化的糖原磷酸化酶和对激素敏感的脂肪酶有活性;磷酸化的糖原合酶没有活性

参考资料

  • 南京大学 杨荣武老师 《结构生物学》课件
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