结构生物化学/蛋白质/蛋白激酶的蛋白质磷酸化
蛋白质翻译后修饰中蛋白质侧链的磷酸化是一个非常复杂的进化过程，是创造真核生物蛋白质组多样性的方法。蛋白质磷酸化也发生在原核生物中，但在细菌蛋白质代谢和调控中不那么普遍。蛋白质的磷酸化涉及通过蛋白激酶将磷酸基团添加到目标蛋白上，以激活或失活体内的特定功能。通过添加磷酸基团来标记蛋白质，为蛋白质分配一个代码，该代码可以指示细胞执行许多功能，例如分裂或生长。最常被磷酸化（添加PO4基团）的蛋白质侧链是丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸，这反映了其-OH侧链的亲核行为。蛋白质中组氨酸侧链的咪唑环氮也能够发生磷酸化。磷酸化过程开启/关闭蛋白质酶，这可能导致或阻止某些疾病，例如癌症或糖尿病。据估计，在真核细胞的生命周期中的特定阶段，人类蛋白质组中所有潜在的30,000个蛋白质中，近三分之一是磷酸化的底物。激酶是那些依赖ATP的磷酸化酶催化剂，而蛋白激酶是作用于蛋白质底物的子集。人类蛋白质组中估计有500多种激酶，称为人类激酶组。已知人体中约20-30%的蛋白质被磷酸化。然而，问题在于找出500种不同的激酶中哪一种负责特定的磷酸化活性。
蛋白激酶 A是一种将磷酸基团共价连接到蛋白质上的酶。它也被称为环腺苷酸依赖性蛋白激酶。蛋白激酶 A的一个极其重要的特征是它能够被细胞内环腺苷酸水平的波动所调节。从本质上讲，蛋白激酶 A负责所有由于环腺苷酸第二信使引起的细胞反应。环腺苷酸激活蛋白激酶 A，后者使突触后膜中特定的离子通道蛋白磷酸化，导致它们打开或关闭。由于信号转导途径的放大效应，神经递质分子与代谢型受体的结合可以打开或关闭许多通道。
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PKA的激活和失活机制
蛋白激酶 B调节对胰岛素和生长因子的各种生物反应。Akt是另一种对蛋白激酶 B进行分类的方式。蛋白激酶 B是一种丝氨酸-苏氨酸特异性蛋白激酶，有助于多种细胞过程，例如葡萄糖代谢、细胞凋亡和细胞迁移。[2]
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Akt-1-抑制剂复合物的晶体结构
蛋白激酶 C催化磷脂水解介导的信号过程。它被脂质第二信使二酰甘油激活。这种脂质第二信使是大多数蛋白激酶 C的关键起始因子。蛋白激酶 C同工酶由一条具有氨基末端调节区和羧基末端激酶区的单一多肽链组成。同工酶分为不同的组：传统蛋白激酶 C，除了新型蛋白激酶 C由二酰甘油和磷脂酰丝氨酸调节外，还受二酰甘油、磷脂酰丝氨酸和Ca^2+的调节。GPCR、TKR和非受体酪氨酸激酶的激活可以通过刺激磷脂酶 C产生二酰甘油或磷脂酶 D产生磷脂酸和二酰甘油来导致蛋白激酶的激活。此外，传统蛋白激酶 C受Ca^2+的调节。[3]
- ↑ http://www.vivo.colostate.edu/hbooks/molecules/pka.html
- ↑ http://jcs.biologists.org/content/118/24/5675
- ↑ http://www.upch.edu.pe/facien/facien2011/fc/dbmbqf/pherrera/cursos/receptores/pkc-cocb97.pdf
磷酸化用于各种酶活性。例如，蛋白质p300和CBP（CREB结合蛋白）在磷酸化后会增加乙酰转移酶的活性。乙酰转移酶然后刺激组蛋白乙酰化，从而促进p300和CBP活性控制的基因的转激活。相反，磷酸化也可以由乙酰化触发。
蛋白酪氨酸激酶（PTK）的突变可以改变细胞之间交流的频率，并可能导致疾病的传播。这些疾病包括各种类型的糖尿病和癌症。这些突变增强或损害不同蛋白质中磷酸化的速率。
抑制PTK将有助于防止这些疾病的传播，并且据信不会对正常细胞造成太大损害。PTK通过使用酪氨酸磷酸化抑制剂（TYRosine PHOSphorylation INhibitors）来抑制，因为它们与PTK的ATP或底物结合。这些抑制剂最初并未得到支持，因为人们认为它们会阻断细胞所需的某些功能。然而，经过广泛的测试和试验，发现存在天然存在的抑制剂，并且具有所需的的选择性。ATP竞争性分子和底物竞争性分子都被用来阻断信号。
最初使用的抑制剂是天然存在的；其中包括槲皮素、染料木素、厄贝司他汀和拉文杜斯汀。然而，这些天然PTK抑制剂的效果并不理想，因为它们的选择性不高，并且还会抑制Ser/Thr激酶。这些作为设计更有效和更具选择性的PTK的模型。这些是通过使用ATP模拟物和底物模拟物来测试设计的抑制剂的竞争性而开发的。开发的一种PTK是STI-571，它可有效治疗某些肿瘤。
吉非替尼和厄洛替尼是两种用于治疗非小细胞肺癌（NSCLC）的PTK。
死亡相关蛋白激酶（DAPk）是一类调节细胞死亡的激酶，也可用于诱导细胞死亡。DAPk能够作为一种肿瘤抑制因子，因为它可以使细胞对肿瘤发生过程中遇到的许多信号敏感。其抑制肿瘤的能力表明它在肿瘤发展中起着关键作用。对其表达方式的研究可以作为一种诊断工具，帮助科学家更好地评估疾病的严重程度、进展和其他因素。然而，DAP激酶的过度表达或活性增强可能是有害的，并可能导致与大脑相关的疾病。
DAPk的一个结构成分是死亡结构域，位于蛋白激酶的C末端，其后是富含丝氨酸残基的17个氨基酸的尾部。这些丝氨酸残基是含有死亡结构域蛋白的关键特征。删除此尾部被确定会产生一个突变体，该突变体显示出比未删除尾部时更高的杀伤潜力，然而，C末端尾部负向调节DAPk的细胞功能。这些功能表明死亡结构域与全长激酶竞争。
参考文献：Walsh, Christopher。“蛋白质的翻译后修饰：扩展自然的清单。”Roberts and Co. (2006): 35-40。
Berg, Jeremy。生物化学。第6版。纽约：W. H. Freeman and Company，2006。
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Mellert, Hestia S. 和 Steven B. McMahon。“调节哺乳动物细胞中乙酰转移酶和脱乙酰酶活性的生化途径。”http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2786960/?tool=pubmed
Wen Wu，Cheng Lu，Siyu Chen，Niefang Yu“作为临床使用或处于III期临床试验的抗癌药物的多靶点激酶抑制剂的信号转导通路”
Arvin C. Dar1 和 Kevan M. Shokat，“蛋白质激酶抑制剂从细胞信号传导的拮抗剂到激动剂的演变”
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Bialik, Shani 和 Kimchi, Adi。“死亡相关蛋白激酶：结构、功能及其他。”http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16756490