阐明蛋白激酶A的结构与功能.docx

1、阐明蛋白激酶A的结构与功能1、 阐明蛋白激酶A的结构与功能。R亚基：I 类(RI)： RI 49 kD ， RI 、 RI II 类(RII)： RII 55 kD ， RII 、 RII C亚基：C、C、C ，40 kD PKA全酶：R2C2 180 kD 1. C亚基的结构特点：1 N-端有一个ATP结合区，富含甘氨酸序列: GXGXXGX16K 在Lys72和Glu91形成离子对2 Ala 70 与腺苷酸的识别有关3 催化中心位于分子中部，具有结合多肽底物和催化磷酸基团转移的作用4 R165DLK168PEN171氨基酸残基构成一个环，其中D166(Asp)是磷酸基团转移的基础。5 K1

2、68(Lys)具有稳定中间态和降低活化能的作用6 Asp184是金属离子结合位点2. R亚基的结构特点：1 R亚基分为3个结构域2 N端是二聚化结构域，负责和另一个R亚基的聚合3 C端有两个cAMP结构域，分为A、B结构域。A结构域结合cAMP较慢、B结构域是优先结合cAMP的位点4 在二聚化结构域和cAMP结构域之间为：假底物模体(在RI) 或真底物模体(在RII)，其氨基酸组成：RRNAIH (RI) / RRVSVC (RII)四、PKA功能：5 C亚基具有催化活性，它识别底物为RRXS/T 和RXS/T，在接受磷酸基团S/T的羧基端的氨基酸为蔬水氨基酸。在测定PKA活性时，肝丙酮酸激酶

3、的底物：肯普肽(kemptide) , LRRASLG是很好的底物，若七肽的S改为A，则转变为抑制剂。6 R亚基是cAMP结合的靶蛋白，在PKA的四聚体中，它作为“假底物”而抑制C亚基发挥催化作用,只有当cAMP结合R亚基后，解离状态的C亚基才有催化作用7 PKA全酶分子是由四个亚基组成的四聚体, 其中两个是调节亚基(regulatory subunit, 简称R 亚基)，另两个是催化亚基(catalytic subunit, 简称 C 亚基)。R亚基的相对分子质量为4955kDa, C亚基的相对分子质量为40kDa,总相对分子质量约为180kDa；全酶没有活性。在大多数哺乳类细胞中, 至少有

4、两类蛋白激酶A, 一类存在于胞质溶胶, 另一类结合在质膜、核膜和微管上。 8 激酶是激发底物磷酸化的酶,所以蛋白激酶A的功能是将ATP上的磷酸基团转移到特定蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基上进行磷酸化, 被蛋白激酶磷酸化了的蛋白质可以调节靶蛋白的活性。 9 一般认为, 真核细胞内几乎所有的cAMP的作用都是通过活化PKA,从而使其底物蛋白发生磷酸化而实现的。 10 蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催化亚基和两个调节亚基组成（图8-15），在没有cAMP时，以钝化复合体形式存在。cAMP与调节亚基结合，改变调节亚基构象，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基。活化的蛋白

5、激酶A催化亚基可使细胞内某些蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，于是改变这些蛋白的活性，进一步影响到相关基因的表达。2、 蛋白激酶B的激活机理与在信号传导中的作用？在细胞膜上，PI-3k 的产物PI-3,4-P2或PI-3,4,5-P3结合PKB的PH结构域，使PKB向膜转位或二聚化，从而被PKB激酶磷酸化。PI-3,4,5-P3还有底物第二信使作用，能别构激活PKB激酶PKBK,使PKB发生Thr308磷酸化,从而发生部分活化. PKB激酶(PDK-2)能特异磷酸化Ser473,完全活化PKBPKB的功能： 在体外，PKB可以磷酸化合成肽: RXRYZ(S/T)(Hy)在体内: 磷酸化糖原合成酶

6、激酶3糖原合成增加 葡萄糖的吸收 核糖体蛋白S6激酶(p70S6k)有关蛋白质生物合成 细胞的存活、增殖 细胞分化细胞周期的调节3、 CaM-PK的结构特点与激活过程？CaM-PK有5个亚型，II了解较清楚，能催化突触蛋白I的位点II磷酸化（CaM-PK II）。由810个亚基组成，每个亚基50-60 kd,有5种不同型号亚基：、等。CaM-PK II的各种亚基相似，由4个结构域组成1. 激酶域：2. 自抑制域：3. 钙调蛋白结合域：4. 聚合域： 自抑制域和激酶域结合使酶无活力1 Ca2+ / CaM与酶的CaM结合域结合使酶变构,自抑制域脱离激酶域，从而使酶活化。2 活化酶Thr286自身

7、磷酸化而成Ca2+不依赖型.3 Ca2+不依赖型的酶因Thr286磷酸化而有活力.4、 阐明丝裂原激活蛋白激酶3个家族的成员与在信号流中的作用？丝裂原激活蛋白激酶 mitogen-activation protein kinase;MAP kinase;MAPK MAP激酶 细胞受激发后因发生磷酸化而被激活的一类丝氨酸苏氨酸蛋白激酶，包括Erk、Jnk和p38，可使某些关键性转录因子发生磷酸化而诱导新基因的表达。第六节、丝裂原激活蛋白激酶家族Mitogen-activated protein kinase 简写：MAPK)Ser/Thr蛋白激酶；三个亚家族：1. 胞外应答激酶：Extracel

8、lularly - responsive kinase （ERK)2. c-Jun 氨基末端激酶：c-Jun N-terminal kinase (JNK)3. p38-丝裂原激活蛋白激酶 (p38-MAPKs)MAPK的活化特点：要经过级联激活系统： MAPKKK MAPKK MAPK 2. MEK (包括MEK1和MEK2) 胞外应答激酶：Extracellularly - responsive kinase （ERK) 1 有一个富含Pro的结构域，可以结合Raf,并作为 Raf的底物受磷酸化而激活。2 MEK是可溶性的酶3 有双功能的激酶：催化MAPK分子中的Thr-X-Tyr (TX

9、Y)模体的Thr和Tyr残基的磷酸化。4 TXY的模体通常是TEY（Thr-Glu-Tyr）, MEK又称为TEY激酶3. ERK:细胞外应答激酶1 有三种ERK: ERK1, 44 kD; ERK2, 42 kD; ERK3, 62 kD;2 ERK1& 2: 依赖Ser/Thr蛋白激酶，优先磷酸化Pro-X-Ser/Thr或 Ser/Thr- Pro结构3 ERK3磷酸化模体:Ser-Glu-Gly (SEG)4 ERK作用：ERK受MEK活化后转位到细胞核内，使很多依赖磷酸化激活的转录因子或与转录过程有关的酶、蛋白质磷酸化。 如转录因子：Elk-1, TAL-1, RNA聚合酶II；核蛋

10、白:c-Fos, c-Myc, c-Myb, Ets-2, p53, STAT； 结构蛋白：微管相关蛋白-2,调节细胞的结构。 （二）JNK系统的级联成员 c-Jun氨基末端激酶（JNK）：磷酸化转录因子c-Jun的氨基末端，而得名。 紧张活化蛋白激酶（SAPK）： 级联成员: MEKKJNKKJNK 1. MEKK: 属于MAPKKK家族 (相当于 ERK信号流中的Raf )1 成员：MEKK1 , 2 , 32 MEKK1在静息细胞中和抑制剂结合，外界刺激信号脱落抑制剂而激活。3 Cdc 42 和小G 蛋白Rac 通过P21蛋白活化激酶-1(PAK-1)调节MEKK1 4 MAKK3除作用

11、JNKK外，还能优先激活 MEK 2. JNKK: 属于MAPKK家族，相当于 ERK信号流中的MEK 1 JNKK具有双功能激酶2 磷酸化底物JNK蛋白Thr-Pro-Tyr (TPY)模体中的T&Y 3 JNKK 又称TPY激酶4 JNKK能激活p38-MAPK 3. JNK属于MAPK家族，相当于 ERK信号流中的ERK 1 JNK成员：JNK1、JNK2、JNK3 2 JNK1和JNK2在多细胞中表达，JNK3 只在神经细胞中表达3 JNK 可使c-Jun的N-端Ser63、Ser72磷酸化。4 可使转录因子TCF、ATF-2 磷酸化(三) p38-MAPK 系统的级联成员1. p38

12、蛋白:脂多糖(Lipopolysccharide LPS) 结合CD14后，引起细胞内MAPK信号流的激活，诱导了一种分子量38 kd 的蛋白质发生酪氨酸磷酸化，这种蛋白质称之.2. p38蛋白成员 (MAPK成员）； ASK1 MKK3/ MKK6 p38 3. p38 信号流的作用：控制一些应激因素和细胞因子引起的细胞调亡5、 阐明环腺苷酸介导的跨膜信号转导的机理？通常指3，5-环腺苷酸，一种重要的细胞信号转导的第二信使。细胞质膜上的受体与配体结合后，激活G蛋白，进而激活腺苷酸环化酶，催化ATP生成cAMP。有广泛的生理功能。 四、环腺苷酸介导的跨膜信号转导 1以cAMP为第二信使的信号分

13、子 Gs与活化腺苷酸环化酶的受体偶联，对AC有激活作用。促进cAMP的产生。兴奋性的受体(Rs) Gi与抑制腺苷酸环化酶的受体偶联，对AC有抑制作用。抑制cAMP的产生。抑制性的受体(Ri)通过Gs作用的激素：下丘脑激素、垂体促激素、抗利尿激素、甲旁腺素、绒毛膜促性腺激素、胰高血糖素等及儿茶酚胺的受体（典型配体为异丙基肾上腺素） 。通过细胞膜上相应的受体，将信号传至G蛋白，经Gs激活腺苷酸环化酶（AC），引起cAMP合成增多。因此，cAMP是这类激素的第二信使。通过Gi作用：AC负调控，如生长抑素（somatostatin）受体和儿茶酚胺2受体（配体为去甲肾上腺素），通过Gi蛋白抑制AC的活性

14、，使cAMP的浓度下调。不同组织的前列腺素E1的受体因偶联不同的G蛋白Gs或Gi，故对cAMP的生成有不同的作用。 6、 阐明受体酪氨酸蛋白激酶介导的跨膜信号转导的机理？七、受体酪氨酸蛋白激酶介导的跨膜信号转导 通过受体酪氨酸蛋白激酶（R-TPK）介导的信号分子主要是包括某些生长因子在内的细胞因子，胰岛素因具有类似生长因子的作用，并且受体十分类似生长因子受体。故属于生长因子受体家族。 （1）Grb2-Sos衔接蛋白-Ras通路：鸟苷酸释放蛋白（GNRP）的作用，活化的机制可能与Ras效应结构域中的Tyr35与GTP的磷酸结合后发生构象变化有关。Ras的GTP酶激活蛋白（GAP）也含有SH2结构

15、，可以和活化受体直接结合，并成为其TPK的底物，通过酪氨酸酶的磷酸化，改变GAP的活性，从而调节Ras的活性。 Raf-MEK-ERK级联系统： 小G蛋白系统： PI-3K系统：（2）P1-PLC通路：PI-PLC有两个SH2结构域，也可和R-TPK的某一磷酸Tyr位点结合，R-TPK使PI-PLC的Tyr783，771和I 254磷酸化，从而激活P1-PLC，后者使PI-4,5-P2水解生成DG，转而激活PKC，使生长因子的信号转入PKC通路。（3）Pl-3K系统：Pl-3K系统除通过Ras激活，也存在不依赖Ras的激活通路，因1类PI-3K的p85蛋白调节亚基的C端带有SH2结构域，可直接

16、和自身磷酸化的R-TPK的磷酸酪氨酸位点结合，其Tyr可被R-TPK磷酸化而激活，也同样可启动PI-3K-PKB通路。（4）非受体型TPK通路：某些非受体型TPK如Src也可通过其SH2域与活化的受体TPK结合，它的Tyr被磷酸化的活性形式同样可激活PI-PLC，使信号转入PKC通路，也可激活Raf-1，使信号越过Ras而进入Raf-MEK-ERK系统。7、 说明受体的作用特点？ 5、受体作用特征：1 特异性：specificity， 配体与受体的结合严格选择。包括二者的结构、构型与构象2 高亲和性：High affinity，受体与其配体的亲和力应与其配体的生理浓度相适应。3 饱和性：Sat

17、urability，受体以有限的数目存在于特定的靶细胞。4 生物学效应：Biological response，一种受体与特定的受体7激素结合，产生特定的生物学效应。8、细胞信号转导通路间有哪些串话途径？ 5cAMP-PKA通路和PI-PLC-DG-PKC通路间的串话 第九节：细胞信号转导通路间的串话 一、概念：信号转导的“串话”(cross talking)。细胞信号转导实际上是一个网络，各条转导通路并不是独立存在而互不相关，而是相互联络，尤似一个交通网。一条通路的激活可以启动或活化另一通路，也可以抑制另一通路，这就是所谓这对各条信号通路间的的“串话”(cross talking)。这对各条

18、信号通路间的平衡和细胞的正常活动具有十分重要的意义。1三条MAPK信号流之间的串话 ：三条途径的主要功能：1、Raf-MEK-ERK通路：细胞增殖等过程2、MEKK-JNKK-JNK通路：环境应激刺激和炎症3、ASK-1-MKK-p38通路：胞外渗透压变化以及细胞凋亡等“串话”情况：有些外界信号分子同时可激活两条通路脂多糖：可同时激活JNK和p38通路。ASK：除了作用MKK外，也可以激活JNKK。JNKK：除了作用JNK外，也可能激活p38 MEKK：除了作用JNKK外，也可激活MEK Ras：主要激活Raf-MEK-ERK通路，也可以通过活化Rac，再通过p21相关激酶（PAK）激活JNK

19、、p38系统 2. Grb2Sos-Ras-MAPK途径和PI-3K-PKB途径的串话 PDGF（血小板源生长因之）、IGF（胰岛素生长因子）可同时通过受体TPK活化Grb2Sos-Ras通路和PI-3K-PKB通路 PI-3K的产物PI-3,4,5-P3和PI-3,4-P2可激活PKC和，后者也可引发MAPK通路的活化。 3受体TPK通路和PKC之间的串话 受体TPK活化后可以直接激活PI-PLC，也可先激活PI-3K，再通过此酶产物PI-3,4,5-P3激活PI-PLC，后者生成的DG通过激活PKC，转而激活Raf，启动Raf-MEK-ERK通路(图416） 4G蛋白通路和受体TPK通路间

20、的串话 G蛋白通路和受体TPK通路：支路 ： G蛋白-腺苷酸环化酶-cAMP通路 G蛋白-磷脂酶C-DG通路 受体TPK-磷脂酶C-DG通路 受体TPK-Ras和PI-3K通路 串话情况：1. G蛋白亚基或亚基激活PI-PLC，后者催化PI-4,5-P2水解生成的DG激活PKC、Raf-1。2. G蛋白亚基激活Shc蛋白再通过Grb2Sos进入ERK通路3. G蛋白亚基激活腺苷酸环化酶，使cAMP升高后活化PKA，负调节Raf-1， cAMP通过Raf-l Ser621的磷酸化而抑制Raf-1，阻止Ras-GTP对Raf-1的激活4. PKA也可使受体TPK C端调节区中的SerThr残基磷酸

21、化从而抑制受体TPK的活力 5cAMP-PKA通路和PI-PLC-DG-PKC通路间的串话 PKA与PKC的拮抗对基因调节水平的效应：cAMP反应元件（CRE）结合蛋白（CREB）受PKA的催化亚基磷酸化而激活，受PKC的磷酸化而抑制。活化的CREB就能和受PKC正调节的AP-l竞争TRE位点，对细胞水平调控。4 CREB可取代Fos和Jun形成异二聚体，阻断AP-1的形成。 1、 何谓蛋白质折叠？在体外，如何研究蛋白质的折叠？蛋白质折叠：protein folding结构上：伸展unfolding 三维结构功能上：无活性分子有活性的分子1。折叠步骤：三态模型：认为蛋白质肽链从伸展态(U)经过

22、早期的变化进入中间态(I)，然后再由中间态过渡到最终的天然态。第四节、蛋白质体外折叠机理：2。折叠过程的起始点：蛋白质氨基酸侧链的形状、大小的不同将影响到侧链在三维结构中所在的位置和安排方式；侧链的极性的不同决定蛋白质分子中氨基酸残基之间和蛋白质与水之间的相互作用的性质和强度。折叠起始点：1. 折叠起始于稳定二级结构的形成：变性后部分残余的蛋白质二级结构如某些扭曲、转角作为折叠的“种子”，氨基酸肽链围绕它们形成较稳定的紧密的区域，再进一步形成稳定的二级结构。2. 折叠由疏水倒塌(hydrophobic collapse)开始：由于氨基酸侧链基团的疏水作用引起链的倒塌，使得疏水侧链集中藏于分子内

23、部，极性侧链露于表面与水接触。3. 折叠起始于共价键相互作用的形成：1988年 Oas & Kim (Nature 336,42): 牛胰胰蛋白酶抑制剂；合成；肽链片断；P (16肽，No.43-58, -螺旋), P ( 14肽 No.20-33, -折叠)；圆二色性测定肽链的构象完全伸展(还原态)；当30位和51位的二硫键连接后，两条肽链形成稳定的二级结构 3。折叠中间态：Ptitsyn 研究牛的-乳清蛋白在热变性、胍变性时，蛋白质的物理性质的变化时，发现存在着一种相对稳定的具有三级结构的紧密球状物的中间态，称为熔球态(melton-globule state)。体外蛋白质的折叠可能是：或

24、者始于疏水倒塌、或者始于稳定二级结构的形成、或者始于共价键的相互作用如二硫键的形成。在折叠早期阶段，可能这三种方式联合起作用，接着折叠反应可能沿着有限的途径形成中间态(如熔球态)。中间态的结构紧密、二级结构含量较高，但缺乏明显的三级结构。最后由中间态进入天然态，此步是蛋白质折叠的限速步骤。 2、 何谓蛋白质的变性与复性？蛋白质变性后，有那些性质的改变？。引起蛋白质变性的因素： 物理因素、化学因素2。蛋白质变性表现：1. 物理性质的改变：2. 化学性质的改变：3. 生物学性质的改变：变性作用： 天然蛋白质：变性蛋白质：蛋白质变性：可逆变性： 不可逆变性：复性：Renaturation 概念：变性

25、的蛋白质在除去变性因素后，恢复到天然状态的构象和生物活性的过程称为蛋白质的复性作用3、 哪些因素可以导致蛋白质的变性作用？简单阐明变性的作用机理。4。蛋白质变性研究简史第一阶段：变性现象的观察，吴宪1931年变性理论为代表第二阶段：变性与蛋白质分子构象的关系第三阶段：分子构象的变化研究X光衍射二、各种变性因素对蛋白质构象的影响1。温度：热变性、可逆与不可逆2。pH：3。有机溶剂：静电力、氢键、疏水键 静电力：改变溶液的介电常数、影响离子氛、影响蛋白质分子和溶剂间的相互作用 氢键：能与蛋白质生成强氢键的溶剂，不利于蛋白质分子内部的氢键形成，而不能与蛋白质生成强氢键的溶剂，有利于蛋白质分子内部的氢

26、键形成。 疏水键：疏水键是一种疏水侧链为了避开水相而群集在一起的一种相互作用力。有机溶剂可以降低溶液的极性，破坏蛋白质分子中的疏水键，导致蛋白质构象的变化。脲、胍等变性剂对蛋白质构象的影响：表面变性剂对蛋白质构象的影响：长链的脂肪酸、SDS 4、 阐明蛋白质折叠机理。Anfinsen 1961年：核糖核酸酶变性与复性的情况4对二硫键被还原后再氧化重组，可以折叠到天然状态，恢复生物功能。一级结构与高级结构的关系： 形成高级结构的信息全部蕴藏于一级结构之中, 一级结构含有全部高级结构的折叠密码。1979年：Privalov 提出蛋白质折叠的 “二态模型” U(伸展态) N(天然态)1989年Kuw

27、ajima 认为蛋白质折叠是逐步发生的过程，但未捕捉到中间态。1992年Dobson 首次报道蛋白质折叠的中间态，提出 “三态”模型第四节、蛋白质体外折叠机理：1。折叠步骤：三态模型：认为蛋白质肽链从伸展态(U)经过早期的变化进入中间态(I)，然后再由中间态过渡到最终的天然态。2。折叠过程的起始点：蛋白质氨基酸侧链的形状、大小的不同将影响到侧链在三维结构中所在的位置和安排方式；侧链的极性的不同决定蛋白质分子中氨基酸残基之间和蛋白质与水之间的相互作用的性质和强度。折叠起始点：1. 折叠起始于稳定二级结构的形成：变性后部分残余的蛋白质二级结构如某些扭曲、转角作为折叠的“种子”，氨基酸肽链围绕它们形

28、成较稳定的紧密的区域，再进一步形成稳定的二级结构。2. 折叠由疏水倒塌(hydrophobic collapse)开始：由于氨基酸侧链基团的疏水作用引起链的倒塌，使得疏水侧链集中藏于分子内部，极性侧链露于表面与水接触。3. 折叠起始于共价键相互作用的形成：1988年 Oas & Kim (Nature 336,42): 牛胰胰蛋白酶抑制剂；合成；肽链片断；P (16肽，No.43-58, -螺旋), P ( 14肽 No.20-33, -折叠)；圆二色性测定肽链的构象完全伸展(还原态)；当30位和51位的二硫键连接后，两条肽链形成稳定的二级结构 3。折叠中间态：Ptitsyn 研究牛的-乳清蛋

29、白在热变性、胍变性时，蛋白质的物理性质的变化时，发现存在着一种相对稳定的具有三级结构的紧密球状物的中间态，称为熔球态(melton-globule state)。熔球态的特征： 具有天然态的一级结构 在分子中二级结构含量较高。 三级结构不完整。 熔球态热变性时没有温度跃迁、紫外吸收变化不明显。 4折叠途径：Folding pathway1. 伸展的肽链在折叠成天然态的过程中，要尝试所有可能的构象，直到形成其天然态蛋白质的构象为止。？2. 蛋白质折叠沿着单一的限定的途径进行，每个分子都按着同样的限定顺序进入天然态。？3. 蛋白质折叠沿着有限的多途径进行，同一种蛋白质的不同分子在折叠过程中可以沿着

30、不同途径达到同样的天然态，形成天然态途径的选择是有限的。总结：体外蛋白质的折叠可能是：或者始于疏水倒塌、或者始于稳定二级结构的形成、或者始于共价键的相互作用如二硫键的形成。在折叠早期阶段，可能这三种方式联合起作用，接着折叠反应可能沿着有限的途径形成中间态(如熔球态)。中间态的结构紧密、二级结构含量较高，但缺乏明显的三级结构。最后由中间态进入天然态，此步是蛋白质折叠的限速步骤。 5、 如何设计实验，研究蛋白质的去折叠作用？高浓度的脲、胍变性的蛋白质，呈无规卷曲的构象，若打开二硫键，变成线状无规卷曲6、概述蛋白质在体内的折叠作用。伴侣蛋白如何协助新生蛋白质肽链正确折叠？Stress-70蛋白的作用

31、是结合、位点合成的蛋白质肽链，维持其处于部分的状态，一旦合成完成，就将其释放。这种被释放出来的部分折叠的肽链立即被Chaperonin家族蛋白所捕捉并催化它正确折叠成天然态。一个合成的蛋白质肽链，可能依赖于一个或多个分子伴侣，或者不同的分子伴侣按前后次序工作，最后导致其折叠成为有特定的三维结构和生物功能的蛋白质分子。1、 何谓信号肽？说明其生物学意义。二、信号假设：分泌性的蛋白质合成过程中N-端有信号序列(信号肽)，它能引导分泌性蛋白质的肽链到达并通过内质网.信号肽最终被内质网膜中的信号肽酶切除,因此成熟的分泌性蛋白质N-末端并没有信号肽 帮助新生肽链进入当核糖体与易位子结合后,通道开放, 与SRP分离所信号肽插入通道, 信号肽发挥起始转运的功能,使后续肽链随着翻译的进行而延伸展入内质网腔.内质网膜的过程2、 阐明新生肽链进入内质网膜的机制。4.