結構生物化學/蛋白質/蛋白激酶的蛋白質磷酸化
蛋白質翻譯後修飾中蛋白質側鏈的磷酸化是一個非常複雜的進化過程，是創造真核生物蛋白質組多樣性的方法。蛋白質磷酸化也發生在原核生物中，但在細菌蛋白質代謝和調控中不那麼普遍。蛋白質的磷酸化涉及透過蛋白激酶將磷酸基團新增到目標蛋白上，以啟用或失活體內的特定功能。透過新增磷酸基團來標記蛋白質，為蛋白質分配一個程式碼，該程式碼可以指示細胞執行許多功能，例如分裂或生長。最常被磷酸化（新增PO4基團）的蛋白質側鏈是絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸，這反映了其-OH側鏈的親核行為。蛋白質中組氨酸側鏈的咪唑環氮也能夠發生磷酸化。磷酸化過程開啟/關閉蛋白質酶，這可能導致或阻止某些疾病，例如癌症或糖尿病。據估計，在真核細胞的生命週期中的特定階段，人類蛋白質組中所有潛在的30,000個蛋白質中，近三分之一是磷酸化的底物。激酶是那些依賴ATP的磷酸化酶催化劑，而蛋白激酶是作用於蛋白質底物的子集。人類蛋白質組中估計有500多種激酶，稱為人類激酶組。已知人體中約20-30%的蛋白質被磷酸化。然而，問題在於找出500種不同的激酶中哪一種負責特定的磷酸化活性。
蛋白激酶 A是一種將磷酸基團共價連線到蛋白質上的酶。它也被稱為環腺苷酸依賴性蛋白激酶。蛋白激酶 A的一個極其重要的特徵是它能夠被細胞內環腺苷酸水平的波動所調節。從本質上講，蛋白激酶 A負責所有由於環腺苷酸第二信使引起的細胞反應。環腺苷酸啟用蛋白激酶 A，後者使突觸後膜中特定的離子通道蛋白磷酸化，導致它們開啟或關閉。由於訊號轉導途徑的放大效應，神經遞質分子與代謝型受體的結合可以開啟或關閉許多通道。
-
PKA的啟用和失活機制
蛋白激酶 B調節對胰島素和生長因子的各種生物反應。Akt是另一種對蛋白激酶 B進行分類的方式。蛋白激酶 B是一種絲氨酸-蘇氨酸特異性蛋白激酶，有助於多種細胞過程，例如葡萄糖代謝、細胞凋亡和細胞遷移。[2]
-
Akt-1-抑制劑複合物的晶體結構
蛋白激酶 C催化磷脂水解介導的訊號過程。它被脂質第二信使二醯甘油啟用。這種脂質第二信使是大多數蛋白激酶 C的關鍵起始因子。蛋白激酶 C同工酶由一條具有氨基末端調節區和羧基末端激酶區的單一多肽鏈組成。同工酶分為不同的組：傳統蛋白激酶 C，除了新型蛋白激酶 C由二醯甘油和磷脂醯絲氨酸調節外，還受二醯甘油、磷脂醯絲氨酸和Ca^2+的調節。GPCR、TKR和非受體酪氨酸激酶的啟用可以透過刺激磷脂酶 C產生二醯甘油或磷脂酶 D產生磷脂酸和二醯甘油來導致蛋白激酶的啟用。此外，傳統蛋白激酶 C受Ca^2+的調節。[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
磷酸化用於各種酶活性。例如，蛋白質p300和CBP（CREB結合蛋白）在磷酸化後會增加乙醯轉移酶的活性。乙醯轉移酶然後刺激組蛋白乙醯化，從而促進p300和CBP活性控制的基因的轉啟用。相反，磷酸化也可以由乙醯化觸發。
蛋白酪氨酸激酶（PTK）的突變可以改變細胞之間交流的頻率，並可能導致疾病的傳播。這些疾病包括各種型別的糖尿病和癌症。這些突變增強或損害不同蛋白質中磷酸化的速率。
抑制PTK將有助於防止這些疾病的傳播，並且據信不會對正常細胞造成太大損害。PTK透過使用酪氨酸磷酸化抑制劑（TYRosine PHOSphorylation INhibitors）來抑制，因為它們與PTK的ATP或底物結合。這些抑制劑最初並未得到支援，因為人們認為它們會阻斷細胞所需的某些功能。然而，經過廣泛的測試和試驗，發現存在天然存在的抑制劑，並且具有所需的的選擇性。ATP競爭性分子和底物競爭性分子都被用來阻斷訊號。
最初使用的抑制劑是天然存在的；其中包括槲皮素、染料木素、厄貝司他汀和拉文杜斯汀。然而，這些天然PTK抑制劑的效果並不理想，因為它們的選擇性不高，並且還會抑制Ser/Thr激酶。這些作為設計更有效和更具選擇性的PTK的模型。這些是透過使用ATP模擬物和底物模擬物來測試設計的抑制劑的競爭性而開發的。開發的一種PTK是STI-571，它可有效治療某些腫瘤。
吉非替尼和厄洛替尼是兩種用於治療非小細胞肺癌（NSCLC）的PTK。
死亡相關蛋白激酶（DAPk）是一類調節細胞死亡的激酶，也可用於誘導細胞死亡。DAPk能夠作為一種腫瘤抑制因子，因為它可以使細胞對腫瘤發生過程中遇到的許多訊號敏感。其抑制腫瘤的能力表明它在腫瘤發展中起著關鍵作用。對其表達方式的研究可以作為一種診斷工具，幫助科學家更好地評估疾病的嚴重程度、進展和其他因素。然而，DAP激酶的過度表達或活性增強可能是有害的，並可能導致與大腦相關的疾病。
DAPk的一個結構成分是死亡結構域，位於蛋白激酶的C末端，其後是富含絲氨酸殘基的17個氨基酸的尾部。這些絲氨酸殘基是含有死亡結構域蛋白的關鍵特徵。刪除此尾部被確定會產生一個突變體，該突變體顯示出比未刪除尾部時更高的殺傷潛力，然而，C末端尾部負向調節DAPk的細胞功能。這些功能表明死亡結構域與全長激酶競爭。
參考文獻：Walsh, Christopher。“蛋白質的翻譯後修飾：擴充套件自然的清單。”Roberts and Co. (2006): 35-40。
Berg, Jeremy。生物化學。第6版。紐約：W. H. Freeman and Company，2006。
Burnett G, Kennedy EP。“蛋白質的酶促磷酸化。”J. Biol. Chem. (1954) 211 (2): 969–80。
Mellert, Hestia S. 和 Steven B. McMahon。“調節哺乳動物細胞中乙醯轉移酶和脫乙醯酶活性的生化途徑。”http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2786960/?tool=pubmed
Wen Wu，Cheng Lu，Siyu Chen，Niefang Yu“作為臨床使用或處於III期臨床試驗的抗癌藥物的多靶點激酶抑制劑的訊號轉導通路”
Arvin C. Dar1 和 Kevan M. Shokat，“蛋白質激酶抑制劑從細胞訊號傳導的拮抗劑到激動劑的演變”
Levitzki, Alexander 和 Mishani, Eyal。“酪氨酸激酶抑制劑：酪氨酸磷酸化抑制劑和其他酪氨酸激酶抑制劑。”生物化學年鑑，2006年。75:93-109。
Bialik, Shani 和 Kimchi, Adi。“死亡相關蛋白激酶：結構、功能及其他。”http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16756490