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10调节机制
第一十章调节机制
如同机动车交通，用信号调节代谢途径流动效率更高。
CTP是一个多步骤反应的最终产物。
CTP抑制限速步骤催化酶（即天冬氨酸-氨基甲酰转移酶ATCase）活性能够控制这个代谢途径。
为了在合适的时间和地点发挥作用，必须调节酶的活性。
这种调节对于协调生物体内一直发生的大量生化过程而言是必需的。
酶活性的调节方式主要有五种。
1.变构控制。
变构蛋白质含有独特的调节位点和多个活性位点。
信号小分子与调节位点的结合是控制这些酶蛋白活性的主要手段。
而且，变构蛋白有协同性：
一个活性位点的活性会影响其它活性位点。
因此有变构控制能力的蛋白质也是信息转导分子：
能够将信号分子或同一酶蛋白活性位点的信息传递给蛋白质，调节酶蛋白活性。
本章介绍研究最深入的变构蛋白，即天冬氨酸-氨基甲酰转移酶（ATCase）。
该酶催化嘧啶合成途径的第一步反应，即氨基甲酰转移给天冬氨酸的化学反应。
这个酶受该途径终产物CTP的反馈抑制。
在第7章我们已经介绍了一种变构蛋白（即运送氧气的血红蛋白）。
2.酶的多重形式。
同功酶（isozyme，isoenzyme）是在不同位置或时间调节酶活性的另一种形式。
同功酶是同一生物体内存在的催化同一反应的同源酶，它们之间在结构上稍有差异，但是催化反应的Km和Vmax，以及调节特性差异显著。
通常同功酶随表达的时间、地点和发育状态而改变。
3.可逆共价修饰。
有很多酶共价连接一个基团后催化活性显著改变，最常见的修饰基团是磷酸。
ATP作为这些修饰反应的磷酸供体，催化的酶是蛋白激酶。
蛋白磷酸酯酶负责删除蛋白质的磷酸基团。
本章介绍蛋白激酶的结构、特异性和活性调节。
PKA是真核生物广泛存在的蛋白激酶，能够调节不同的目标蛋白质。
4.蛋白裂解活化。
有些调节使酶蛋白活性能够来回变化，使之处于有活性和无活性两种状态。
还有一种调节方式是酶蛋白活性不可逆转地激活。
只要水解少数几个肽键甚至一个肽键就能够酶激活的蛋白质称为酶原（zymogen,orproenzyme）。
这种机制能够产生消化酶如胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、和胃蛋白酶。
血液凝固就是酶原激活的级联反应。
特异抑制蛋白与分子靶标不可逆结合关闭凝血过程。
5.酶量控制。
调节酶量也是调节酶活性的一种方法。
通常在转录水平进行这种调节。
在31章我们将介绍这种调节模式。
下面，我们首先介绍天冬氨酸-氨基甲酰转移酶，一种变构调节的蛋白质。
10.1天冬氨酸-氨基甲酰转移酶是一种变构调节酶，受该途径终端产物抑制。
天冬氨酸-氨基甲酰转移酶催化嘧啶合成的第一步，天冬氨酸和氨基羧酸磷酸缩合形成N-氨羰基天冬氨酸和磷酸（图10.1）。
该反应是嘧啶合成途径的限速步骤。
如何精确调节这个酶，使之合成细胞所需量的CTP？
图10.1ATCase酶促反应。
天冬氨酸-氨基甲酰转移酶催化嘧啶合成途经的限速反应，天冬氨酸与胺酰基磷酸的缩合生成N-氨甲酰天冬氨酸。
JohnGerhart和ArthurPardee发现ATCase受CTP抑制。
CTP是嘧啶合成途径的最终产物。
CTP浓度低，ATCase活性高；CTP浓度增加，ATCase活性降低（图10.2）。
因此该途径使CTP合成处于足量但不会过量的水平。
CTP抑制ATCase活性是反馈抑制的例子。
如果CTP含量充足，就没有必要进一步合成N-氨羰基天冬氨酸和后续的中间体。
图10.2CTP抑制ATCase酶促反应。
尽管CTP与反应物或产物没有结构类似性，嘧啶合成途径的终产物CTP能够抑制天冬氨酸-氨基甲酰转移酶活性。
CTP与酶促底物结构差异大是CTP抑制ATCase活性的显著特征（图10.1）。
因此CTP的结合位点肯定不是活性位点。
这种位点叫变构位点或调节位点。
CTP是别构抑制剂。
在ATCase蛋白分子中，催化位点和调节位点处于不同的多肽链。
变构调节酶不遵循米氏动力学
除了酶受其它分子调节之外，变构酶促反应对底物浓度的应答也很有特征。
图10.3是ATCase酶促反应速度对底物Asp浓度作图的结果。
这个动力学曲线与米氏方程不同，形状像“S”。
很多变构酶促动力学曲线呈S型。
血红蛋白的有能够结合曲线也是S型，亚基与氧气的结合是正协同的，即蛋白分子中一个位点与氧气结合增加这个分子其它位点的氧气结合性能。
为了理解ATCase酶促反应动力学和CTP抑制酶活性的基础，我们需要考察ATCase结构。
图10.3ATCase酶促反应动力学呈S曲线。
天冬氨酸-氨基甲酰转移酶催化反应得产物形成速度对底物Asp浓度作图呈S型曲线，表明一个活性位点结合底物能够增加这个酶蛋白分子其它位点的活性。
因此这个酶是正协同酶。
ATCase含有独立的催化亚基和调节亚基
ATCase的催化位点和调节位点是什么？
用汞类物质如p-羟基汞苯甲酸（只与巯基反应）处理，能够将ATCase的催化亚基（c）与调节亚基（r）分开（图10.4）。
JohnGerhart和HowardSchachman超离心研究显示，汞处理将ATCase分成两种亚基（图10.5）。
由于这两种亚基的电荷和大小不同，因此可以用离子交换层析（有电荷差异）或蔗糖密度梯度离心（有大小差异）分离。
用沉降系数表述两种亚基，它们的大小分别是2.8S和5.8S。
加入过量的巯基乙醇，能够除去与分离亚基共价连接的p-汞苯甲酸基团。
因此可以研究分开亚基的功能。
图10.4半胱氨酸残基的修饰。
对羟基汞苯甲酸与天冬氨酸-氨基甲酰转移酶关键的半胱氨酸反应。
图10.5超离心研究ATCase酶。
天然ATCase（A）和经过p-羟基汞苯甲酸处理的ATCase的沉降速度显示酶蛋白可以分成催化亚基（c）和调节亚基（r）。
较大的亚基称为催化亚基。
这个亚基有催化活性，但是不受CTP调节，其催化动力学也不呈S曲线。
较小的亚基能够结合CTP，但是没有催化活性，称为调节亚基。
催化亚基有三条多肽链，称为c3（每条多肽链有34kD）。
调节亚基有两条多肽链，称为r2（每条多肽链有17kD）。
将催化亚基和调节亚基混合，两者能迅速结合成与天然ATCase一样的c6r6（即两个催化亚基和三个调节亚基结合而成的复合物）。
2c3+3r2===c6r6
重组酶的催化动力学性质和变构调节性质与天然酶完全相同。
因此，ATCase有独立的调节亚基和催化亚基。
天然酶分子中催化亚基与调节亚基之间相互作用产生了酶促特性和变构调节特性。
ATCase四级结构的重大变化导致ATCase有变构相互作用
亚基之间究竟是什么作用能够解释ATCase的特性？
大量的思路来自ATCase的三维结构测定。
WilliamLipscomb实验室首先用x-晶体衍射测定ATCase结构。
两个催化三体叠加在一起，三体之间用调解多肽链联系起来（图10.6）。
催化亚基和调节亚基之间有大量接触：
调节亚基（二聚体）的每条r链与催化三体的一条c链相互作用。
一个Zn2+与四个半胱氨酸残基结合稳定c链与r链的一个结构域接触。
汞化合物p-羟基汞苯甲酸与半胱氨酸结合力强，替代Zn2+导致r-链结构域不稳定，结果催化亚基和调节亚基发生解离。
为了确定活性位点，在N-膦酰乙酰基-L-天冬氨酸（PALA）存在的情况下进行ATCase结晶。
PALA是双底物类似物，类似于催化途径的中间物（图10.7）。
PALA是ATCase的强竞争性抑制剂，与活性位点结合阻止酶促反应。
ATCase-PALA复合物结构显示，PALA结合于催化亚基三聚体两个相邻的c链之间。
进一步检测显示，PALA与ATCase结合导致酶蛋白四级结构发生显著变化。
两个催化三聚体亚基之间疏远了12A，旋转了10o。
相应地，调节亚基叶旋转了15o以适应这些变化（图10.9）。
因此PALA与ATCase结合导致美蛋白分子膨大。
基本上，ATCase有两种四级结构模式。
一种是没有与底物或底物类似物结合时处于优势的结构。
另一种是与底物或底物类似物结合时占优势的结构。
前者是紧缩型结构（T），后者是松弛型结构（R）。
图10.6ATCase结构。
（A）从顶部观察天冬氨酸-氨基甲酰转移酶的四级结构。
中间图仅仅代表亚基之间的关系。
只能看到一个催化三体（黄色）的c链，另一个催化亚基（三体）被遮住。
一个r链经过Zn2+离子与一个c链相互作用。
（B）ATCase侧视图。
图10.7PALA，一种双底物类似物。
（顶部）天冬氨酸的暗记亲和攻击氨基甲酰磷酸酯的羰基碳原子，产生的化合物PALA类似ATCase酶促反应得中间物。
这个物质是ATCase的强竞争性抑制剂。
图10.8ATCase酶的活性位点。
图中标出了与PALA抑制剂结合的一些关键位点的残基。
注意，活性位点的氨基酸残基主要有一个c链提供，相邻c链也提供了一些重要的氨基酸侧链（用绿色方框标出）。
图10.9ATCase酶的T态向R态转化。
天冬氨酸-氨基甲酰转移酶有两种结构状态，即活性低的压紧型（T态）和松弛状态（R型）。
ATCase从T态转变成R态结构变化明显。
PALA结合能够稳定蛋白质的R态结构。
结合酶蛋白结构，如何解释ATCase的动力学曲线？
如同血红蛋白，酶蛋白分子处于两种结构（R和T）的平衡状态。
没有第五分子存在时，几乎所有的酶蛋白都是T态。
T态与底物的亲和力小，因此催化活性低。
偶尔与底物分子结合导致整个酶分子转变成亲和力高的R态。
增加底物浓度产生两种效应。
一是使每个酶分子至少结合一个底物分子的几率大大增加。
其次是增加每个酶分子结合底物的平均数值。
酶分子上已有一个底物分子结合将使酶分子其他位点的底物亲和性增加，造成每个酶分子结合底物分子的数量增加（即活性位点被底物占据的比例提高）。
因此酶催化显示亚基之间有协同性，产生与血红蛋白氧结合曲线相似的S型曲线。
变构酶的这种调节机制称为协同机制，因为酶蛋白分子显示“全部”或“全无”两种状态。
酶蛋白从T转化成R影响所有的活性位点。
对酶分子所有催化位点的影响是等同的。
相反，序变模型假定底物分子与酶蛋白结合仅增加相邻位点活性，而不会导致所有位点都发生T向R的转化。
尽管协同机制能很好地解释ATCase酶促动力学，但是其他变构酶的动力学需要将两种机制结合起来解释。
ATCase的S型曲线可以看作是两种米氏酶（一种是T态酶，另一种是R态酶）酶促反应的叠加。
底物浓度的增加有助于酶促反应从T态曲线转化成R态曲线（图10.10）。
注意这种S型动力学曲线有另一个结果，当底物浓度达到T向R转化时，增加底物浓度使酶促反应速度急剧上升。
酶分子从活性低转变成活性高的底物浓度区间很窄。
如果细微的浓度变化就需要应答的话，这种酶促行为就非常有用。
底物对变构酶的这种效应叫同促效应（homotropiceffects）。
图10.10S型曲线的基础。
将变构酶想象成两种米氏酶的混合物，一种酶Km低（相当于R态结构），一种酶Km高（相当于T态结构）。
随着底物浓度的增加，平衡从T向R移动，导致反应速度虽底物浓度增加急剧增高。
在研究分离的催化三聚体过程中，酶促反应行为是米氏曲线，与推测的ATCaseR态的米氏曲线几乎没有区别（图10.10）。
因此，tense这个此是合适的。
在T态，调节亚基将两个催化亚基（即两个催化三聚体）紧紧抓在一块导致催化亚基表面的环发生碰撞，干扰蛋白质调整构型使之适宜于与底物高亲和性结合和催化。
别构调节剂调节T-R之间的平衡
现在来看看CTP的抑制机制。
前面说过，CTP能够抑制ATCase活性。
在CTP存在时进行ATCase结晶，结构显示，
（1）与CTP结合的酶蛋白是T态；
（2）调节链与CTP结合的位点并没有与催化链作用（图10.11）。
每个活性位点距离最近的CTP结合位点又50A。
这就出现这样的问题，它不与催化亚基相互作用，如何抑制酶的催化活性？
图10.11CTP稳定ATCase酶的T态结构。
CTP与ATCase的调节亚基结合稳定酶蛋白的T态结构。
底物类似物与酶结合导致酶蛋白四级结构变化提示CTP抑制ATCase活性的一种机制（图10.12）。
CTP与蛋白质结合导致酶蛋白倾向于T态，减少了活性酶的数量。
CTP与ATCase结合使酶蛋白与底物的结合难度增加，相应地转化成R态的难度增加。
结果，CTP增加了S形曲线的起始期（图10.13）。
需要更多底物才能获得特定的反应速度。
图10.12R态与T态处于平衡状态。
即使没有底物，没有调节因子，天冬氨酸-氨基甲酰转移酶的结构处于R态和T态之间的平衡状态。
此时，T态比R态多200倍。
图10.13CTP对ATCase动力学的影响。
CTP稳定ACTase的T态结构，使之更加难以与底物结合，转变成R态更难。
结果动力学曲线向右移动（红色）。
有趣的是，ATP也是ATCase的别构效应剂。
但是ATP能够增加特定底物浓度时ATCase酶促反应速率（图10.14）。
ATP浓度愈高，S形曲线就越不明显。
ATP与CTP竞争性结合ATCase的调节位点。
结果，ATP浓度高阻止CTP与ATCase结合。
非底物分子对变构酶的影响称为异质效应（heterotropiceffects）。
图10.14ATP对ATCase动力学的影响。
ATP是ATCase的异质活化剂，因为它能够稳定蛋白质的R态结构，使蛋白质易于与底物结合。
结果动力学曲线向左边移动（蓝色）。
ATP浓度增加导致ATCase活性高有两个潜在的生理意义。
首先，ATP浓度高表示细胞内嘌呤的密度高，需要增加ATCase活性促成细胞内嘌呤和嘧啶的平衡。
其次，ATP的浓度高表明细胞内能量充足，能用来合成mRNA和复制DNA，也需要合成更多的嘧啶。
在第7章附录部分，我们介绍了协同模型的定量表达方式。
尽管那个表达方式用来描述结合过程，但是也适于变构酶（因为与底物结合的活性位点比例与酶促反应速度成正比）。
这个模型的关键点是两种结构状态处于平衡。
我们用L来表述R态和T态之间的平衡。
R=====TL=[T]/[R]
CTP和ATP的效应可以简单地理解为影响L数值。
在CTP饱和的情况下，L值从250增加到1250，因此需要更高的底物浓度才能使ATCase转化成R态。
在ATP饱和的情况下，L值降至70（图10.15）。
因此协同模型使我们能够很好地描述各种调节因子存在时ATCase酶促反应的动力学。
图10.15MWC模型的定量表述。
在MWC模型中，活性位点比例（即活性分数）Y是结合底物的活性位点部分，与酶促反应速度成正比。
α是底物浓度与R态酶-底物复合物解离常数的比值；L是T态酶浓度与R态酶浓度之间的比值。
ATP和CTP与ATCase的结合能够改变L值，因此改变了酶蛋白对底物浓度的应答。
要获得这些曲线，前面介绍的MWC模型的公式中，c=0.1,n=6。
10.2同功酶是进行组织特异性和时间特异性调节的一种方式
同功酶（isozyme，或isoenzyme）是氨基酸序列不同，但催化同一化学反应的酶。
通常这些酶的动力学常数（如Km值），或者对不同调节信号的应答能力不同。
这些酶的编码基因不同，通常是同一基因发生重复和差异化所致。
通常利用生化性质例如电泳迁移率差异区分同功酶。
同功酶的存在允许代谢调节更为精细，以满足特定组织或特定发展阶段的需要。
乳酸脱氢酶（LDH）催化葡萄糖厌氧代谢和葡萄糖合成的一个反应步骤。
人类有两种LDHs，分别是LDH-H（在心肌表达水平高）和LDH-M（在骨骼肌表达水平高）。
这两种LDHs的氨基酸序列一致性高达75%。
每种LDH都是四聚体，是两种亚基的各种组合。
H4同功酶只见于心肌，对底物的亲和力比M4高。
高浓度的丙酮酸别构抑制H4，但不抑制M4。
其他组合，如H3M的性质居于两者之间。
在第16章，我们将介绍这些同功酶所处的生理环境。
M4同功酶在骨骼肌剧烈运动导致缺氧的厌氧环境中活性最高，而心肌的LDH处于心肌的有氧环境中活性最高。
实际上，从缺氧环境转移至有氧环境，大鼠心脏中这些同功酶的类型也相应变化（图10.16A）。
图11.16B显示成年大鼠中不同组织的LDH情况。
图10.16乳酸脱氢酶同功酶。
（A）大鼠发育过程中心脏LDH表达谱的变化情况。
H亚基用方块表示，M亚基用圆圈表示。
负数表示出生前的天数，正数表示出生后的天数。
（B）成年大鼠不同组织的LDH同功酶。
有些同功酶在血液中出现表示相应组织出现损伤，可以用作临床诊断指标。
例如血清中H4（相对于H3M）水平增加表示心肌破裂（Myocardialinfraction）或心脏病，损伤了心肌细胞导致胞内组分释放。
10.3共价修饰时调节酶活性的一种方式
与另一个分子共价连接能够调节酶促活性和其他一些蛋白质活性。
在这方面，供体分子提供蛋白质共价连接的功能基团。
大多数修饰是可逆的。
最常见的共价修饰是磷酸化和去磷酸化。
乙酰化和去乙酰化是另一种常见的蛋白共价修饰。
将DNA包装压缩成染色体的蛋白质，即组蛋白，在或体内有深度的乙酰化和去乙酰化（31.3节）。
活跃转录基因所结合的组蛋白，乙酰化程度更高。
乙酰基转移酶和去乙酰酶自身的活性受磷酸化-去磷酸化调节。
说明修饰酶的共价修饰可能调节蛋白质共价修饰。
有些情况下共价修饰不可逆。
在信号传导过程中蛋白质不可逆地与脂质分子共价连接，变成面向细胞浆的固定于细胞质膜的蛋白质，如Ras（一种GTPase）和Src（一种蛋白酪氨酸激酶）。
固定在这种地方，蛋白质更能够接受沿信号途径传递的信号，并将信号向下游传递（第14章）。
有些癌症，其Ras和Src有变异。
与小蛋白ubiquitin连接，是销毁该蛋白的信号，也是一种调节方式（第23章）。
当细胞经过细胞周期进入细胞分裂后期（anaphase）之前，就得使蛋白质cyclin与ubiquitin连接并销毁之。
基本上，我们考察过的所有代谢途径都部分受到共价修饰的调节。
实际上，很多酶的别构调节性质受共价调节。
表10.1列出了一些常见的共价修饰。
磷酸化是调节目标蛋白或性的有效方式
真核细胞各种代谢途径的调节方式几乎都用到磷酸化机制。
实际上，细胞内有30%的蛋白质被磷酸化。
催化磷酸化反应的酶叫蛋白激酶。
这些酶构成了目前所知的最大的蛋白家族。
酵母有100多种同源蛋白激酶，人类有500多种同源蛋白激酶。
品种众多的蛋白激酶使之能够精细调节各种活性以满足特定组织、特定时间、和特定底物的需求。
ATP是最常用的磷酸供体分子。
ATP的γ-磷酸能够转移给蛋白质特定的氨基酸。
在真核生物，磷酸受体是三个侧链带有羟基的氨基酸。
一类蛋白激酶能够将磷酸转移给丝氨酸或苏氨酸，另一类蛋白激酶能够将磷酸转移给酪氨酸。
多细胞生物独有的酪氨酸蛋白激酶在生物生长控制方面起非常重要的作用。
通常癌细胞含有这些蛋白激酶的变异。
表10.2列出了几种已知的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。
磷酸化反应的受体处于细胞内。
胞内含有大量的ATP（即磷酸供体）。
完全处于细胞外的蛋白质不受可逆磷酸化调节。
蛋白磷酸酯酶的作用与蛋白激酶相反。
这个酶能够将蛋白连接的磷酸基团水解，再生出侧链含有羟基的氨基酸残基，并释放磷酸。
这些酶在细胞内的功能也很重要，因为它们能够关闭激酶活化的信号途径。
一类高度保守的磷酸酯酶是PP2A，能够阻遏受癌促进的一些激酶活性。
注意，在生理条件下磷酸化和去磷酸化反应自身不是可逆反应。
而且，这两个反应没有酶催化是测不出反应速度的。
因此特定蛋白质的磷酸化必需相应的蛋白激酶并消耗ATP。
脱磷酸化反应只要相应的蛋白磷酸酯酶催化，无需能量。
因此目标蛋白的磷酸化和去磷酸化反应得方向是单一的。
磷酸化、去磷酸化转换的速度取决于激酶和磷酸酯酶活性的相对大小。
磷酸化是控制酶蛋白活性的有效方式，理由如下：
1.磷酸基团修饰蛋白质，使蛋白质增加两个负电荷。
这些新增电荷可以破坏没有修饰蛋白质间的静电相互作用，建立新的静电作用。
这种变化能够显著改变酶蛋白的底物结合性和催化活性。
2.磷酸基团能形成三个或更多的氢键。
磷原子四面体几何形状使之具有很高的方向性，能够与氢键供体形成特异的相互作用。
3.磷酸化的自由能很大。
ATP提供了-50kJmol-1，大约一半的能量用于驱动蛋白质磷酸化反应。
另一半能量储存在磷酸化蛋白中。
蛋白磷酸化反应不可逆。
前面说过自由能变化5.69kJmol-1能够使反应平衡增加10倍，因此消耗ATP的磷酸化反应能够使反应平衡增加104倍。
4.磷酰化和去磷酰化反应可以在1秒内完成，也可以在几小时内完成。
这些可以调控以满足生理需求。
5.磷酸化反应常常有很高的放大效应。
一个磷酸化的激酶短期内能够使几百个目标蛋白磷酸化。
如果目标蛋白是酶分子，后者将能转化大量的底物分子。
6.ATP是细胞内能源分子（15章）。
利用这个化合物作为磷酸供体能够将细胞的能量状态和代谢调控联系起来。
蛋白激酶的特异性差异很大。
精细的蛋白激酶只能磷酸化一种或密切相关的几种蛋白质。
多功能蛋白激酶能够磷酸化很多种蛋白质，涉及很多生物过程。
许多蛋白磷酸化位点的序列比较显示多功能蛋白激酶的识别序列相关。
例如，蛋白激酶A识别的共有序列是Arg-Arg-X-Ser-Z,或Arg-Arg-X-Thr-Z,其中X是一个小氨基酸，Z是一个大的疏水性氨基酸，Ser或Thr是磷酸化位点。
但是，必须指出这个序列并不是绝对必需。
例如Lys能够替代该序列的Arg，只是蛋白底物与酶的亲和性稍微偏低。
含有共有序列的合成多肽几乎总能为丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶磷酸化。
因此磷酸化位点附近的氨基酸序列是蛋白激酶A特异性的主要决定因素。
但是，远距离的氨基酸残基对底物特异性也有贡献。
例如，远距离氨基酸残基变化导致总体结构变化，使酶分子能够进入或不能进入相应的磷酸化位点。
cAMP改变蛋白激酶A的四级结构，活化蛋白激酶A
很多动物在面临危险或处于激动状态常见的动作是“飞行或搏斗”。
肌肉启动这些动作。
这种启动是一种特定蛋白激酶被激活的结果。
此时，肾上腺皮质激素作用产生cAMP。
cAMP是细胞内的信号分子，是ATP环化的产物。
cAMP随后活化一种关键酶，即蛋白激酶A（PKA）。
这个蛋白激酶能够使目标蛋白特异位点的丝氨酸或苏氨酸磷酸化，从而改变目标蛋白的活性。
真核生物cAMP的多数效应都是cAMP活化蛋白激酶A的结果。
蛋白激酶A是变构调节与磷酸化整合在一起的例子。
cAMP活化蛋白激酶A的浓度接近10nM。
活化机制类似天冬氨酸-氨甲酰转移酶。
肌肉的PKA有两类亚基，分别是催化亚基38kD的c和调节亚基49kD的r。
没有cAMP，调节亚基和催化亚基形成R2C2，没有活性（图10.17）。
两分子cAMP与两个R的结合导致蛋白质解离。
游离的催化亚基有酶促活性。
因此cAMP与调节亚基结合能够解除调节亚基对催化亚基的抑制作用。
PKA和大多数其他激酶有同功酶，以满足特定细胞或特定发育阶段更为精细调节酶活性的需要。
cAMP结合如何活化蛋白激酶？
每条R链都有一段Arg-Arg-Gly-Ala-Ile序列，这段序列与PKA酶促反应的磷酸化位点序列几乎相同，只是将Ser用Ala替代。
因此调节亚基是假底物，能够占据催化亚基的活性位点（但是不能被磷酸化），阻止真正的底物蛋白与活性位点结合（图10.17）。
cAMP与R链结合发生结构变化（变构），使假底物从活性位点脱下。
释放出来的催化链能结合底物并使后者磷酸化。
图10.17蛋白激酶A的调节。
四个cAMP分子与蛋白激酶A结合，使R2C2解离成一个调节亚基R2和两个催化亚基C。
每条R链有一个cAMP结合位点和一段假底物序列。
ATP和底物蛋白结合于酶催化亚基的一个深缝隙
x-射线晶体衍射显示含有20氨基酸残基的抑制肽与PKA催化亚基的结合情况。
催化亚基有350个氨基酸残基，构成两个叶（lobes）（图10.18）。
ATP和抑制肽结合于两叶之间的狭缝中。
小叶与ATP-Mg2+接触多。
大叶与多肽抑制剂接触多，提供了催化活性的关键残基。
如同其他蛋白激酶，底物结合后两叶相互靠近。
限制这两个叶相互靠近
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