第五章蛋白激酶资料

1、第五章 蛋白激酶、蛋白磷酸酶 与信号转导 【目的要求】 1掌握蛋白激酶的概念及其催化的蛋白质磷 酸化反应；丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的主要种类及 其激活剂；PKC的分类及其特点；酪氨酸蛋白激 酶的概念、分类及其重要的结构域；受体酪氨酸 蛋白激酶的概念；蛋白磷酸酶的概念及分类。 【目的要求】 2熟悉受体酪氨酸蛋白激酶的分类；双重特 异性蛋白激酶；蛋白激酶在信号转导中的作用； 丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶的生物学作用；酪氨酸 蛋白磷酸酶的分类及其在信号转导中的作用；双 重特异性蛋白磷酸酶。 一、 蛋白激酶 蛋白磷酸化是多种信号转导途径 中的重要环节，细胞内大部分重要的生命 过程都涉及蛋白磷酸化。 可逆的蛋白质磷酸化： 蛋白激酶（protein kinase，PK）： 是一类磷酸转移酶，其作用是将 ATP 的 - 磷酸基转移到底物特定的氨基酸 残基上，使蛋白质磷酸化， 发挥其生理生 化功能。 （一）蛋白激酶的结构 共同的结构特征： 保守的催化结构域/亚基 调节结构域/亚基 其他功能结构域 PKC 1. 催化结构域/亚基 催化核心含有12个高度保守的亚区。 功能： 与蛋白质或多肽底物结合； 与磷酸供体

2、ATP/GTP结合； 转移磷酸基到底物相应的氨基酸残基上 。 2. 调节结构域/亚基 同源性较低。 作用： 调节酶的活性； 靶向作用，与酶的亚细胞定位有关 。 （二）蛋白激酶的种类 真核细胞的蛋白激酶可分为五类： 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 酪氨酸蛋白激酶 组/赖/精氨酸蛋白激酶 半胱氨酸蛋白激酶 天冬氨酸/谷氨酸蛋白激酶 1. 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（serine/ threonine protein kinase，S/T-PK）催化 丝氨酸/苏氨酸的羟基磷酸化。 （1）蛋白激酶A（protein kinase A， PKA） 即cAMP依赖性蛋白激酶。 全酶存在胞浆，被cAMP激活后，催化 亚基可 调节代谢；调节离子通道；调 节其他信号转导途径的蛋白； 进入细胞核 调节基因表达。 （2）蛋白激酶C 即Ca2和磷脂依赖的蛋白激酶， 受 Ca2 、DAG和PS激活。 PKC有11种亚型： A组典型PKC (classical PKC，cPKC) ：、和 活化需要Ca2 、DAG和PS。 B组新型PKC (new PKC，nPKC)： 、 (L) 、 和 。 活化不需

3、要Ca2。 C组非典型PKC (atypical PKC， aPKC)：和 / 。 活化不需要Ca2和DAG。 各亚型均由一条肽链组成，分为四个 保守区C1C4和五个可变区V1V5。 调节区： C1是膜结合区，与佛波酯、DAG和PS结 合有关。 C2是Ca2结合位点。 催化区： C3是ATP结合位点。 C4是底物蛋白结合位点。 PS DAG Ca2+ ATP PKC底物： 参与信号转导的底物，如表皮生长因子 受体、胰岛素受体、T细胞受体（TCR）、 Ras、GTP酶活化蛋白等； 参与代谢调控的底物，如膜上的通道和 泵； 调节基因表达的底物，如转录因子、翻 译因子、S6K、Raf激酶等。 PKC分布： 广泛分布于各组织的胞质，以Ca2依赖 的形式从胞质中移位到细胞膜上，此过程称 之为转位。PKC转位是其活化的标志。 佛波酯（TPA or PMA）是一种促癌剂， 其结构与DAG相似，可持续活化PKC，促进 细胞增殖。 乙酸豆蔻佛波 （3）钙/钙调素依赖性蛋白激酶（CaMK ） 包括肌球蛋白轻链激酶（myosin light chain kinase，MLCK）、磷酸化酶激 酶、CaMK等。

4、 （4）CMGC组蛋白激酶 脯氨酸依赖性激酶（proline depedent kinase，PDK） 酪蛋白激酶（casein kinase ，CK ）家族 PDK： 细胞周期素依赖性蛋白激酶（ cyclin depedent kinase，CDK）家族 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen- activated protein kinase，MAPK）家族 糖原合成酶激酶3（glycogen synthetase kinase 3，GSK3） CDK样激酶（CDK-like kinase， CLK）家族 MAPK途径： EGF途径 （5）蛋白激酶G 即cGMP依赖性蛋白激酶（ cGMP dependent protein kinase，PKG），以 cGMP 为变构剂，在脑和平滑肌中含量较 丰富。 （6）G蛋白偶联受体激酶 有肾上腺素受体蛋白激酶（ - adrenergic receptor kinase， -ARK）、 -ARK相关激酶和视紫红质激酶等。 （7）核糖体S6激酶（S6K） 包括S6K和S6K，能催化核糖 体S6蛋白磷酸化。 （8）整合素连接激酶 整合素连接激酶（int

5、ergrin-linked kinase，ILK）可直接磷酸化PKB/Akt，其 活性依赖PI3K。 （9）DNA依赖性蛋白激酶 DNA依赖性蛋白激酶（DNA-depen -dent protein kinaes，DNA-PK）可磷酸化 许多核蛋白，包括核受体、转录因子、DNA 拓扑异构酶和RNA聚合酶等。 DNA-PK可发生自主磷酸化，其催 化亚基和Ku蛋白都依赖于DNA和ATP而磷酸 化。 2. 酪氨酸蛋白激酶（PTK） 是一类催化ATP上 -磷酸基团转移 到蛋白酪氨酸残基酚羟基上的激酶，使多种 底物蛋白磷酸化，在细胞增殖、分化中起重 要作用。 分类： （1）非受体酪氨酸蛋白激酶（NRTK） （2）受体酪氨酸蛋白激酶（RTK） （3）核内酪氨酸蛋白激酶 （1）非受体酪氨酸蛋白激酶（NRTK） 1）非受体酪氨酸蛋白激酶的重要结构域 有SH1（c-Src homology domain 1）、SH2、SH3、PH、PTB等。它们在激酶 的催化反应、酶定位、活性调节以及与其他 分子相互作用中起重要作用。 SH结构域是Src同源结构域的简称 。 a）SH1结构域 非受体型的PTK的催化区因

6、与Src 家族催化结构域的一级结构高度同源，因此 称为Src同源结构域1（ SH1 ）。 大部分SH1区有一个自主磷酸化位 点。 SH1有PTK活性。 b）SH2结构域 主要存在于多种胞质信号蛋白中。 如PIP2特异性PLC、PI3K的调节亚基（p85 ）、Ras-GTP酶激活蛋白（GTPase activating protein，GAP）以及crk、abl和 vav原癌基因产物等。 SH2能特异地识别磷酸化的酪氨酸 残基以及磷酸化残基的羧基端氨基酸序列并 与其相互结合。 SH2的主要功能是介导胞质内多种 信号蛋白的相互连接，形成蛋白异聚体复合 物，从而调节信号传递。 C- terminal PLC SH2 domain c）SH3结构域 可见于多种胞质信号蛋白及肌动蛋 白结合蛋白中。 SH3识别的部位是一些富含脯氨酸 的区域PXXP。 功能：参与PTK介导的蛋白质间的 相互作用，可能在亚细胞定位和细胞骨架蛋 白相互作用中起作用。 SH3 Domain d）PH结构域 最初于一种血小板内PKC底物 pleckstrin中发现的结构域，称为pleckstrin 同源 (pleckstr

7、in homology，PH) 结构域。 GAP、PLC等含有PH结构域，后者 可同G蛋白及磷脂类分子PIP2、PIP3、IP3等 结合。 PLC-1的PH domain与IP3结合 血影蛋白的PH domain与膜磷脂结合 e）PTB结构域 PTB结构也可识别一些含磷酸化酪 氨酸的模体。 Shc PTB Domain 非受体酪氨酸蛋白激酶重要结构域的特点 ： 一个信号分子可含有两种以上的结构域， 因此可同时与两种以上的其他信号分子结合 。 同一类结构域可存在于多种不同的信号分 子中。 本身均为非催化结构域。 2）非受体酪氨酸蛋白激酶的种类 分为11个家族，至少有30个成员。 它们介导多种生长因子受体、细胞因子受体 、淋巴细胞抗原受体以及黏附分子整合素的 信号转导。 a）Src激酶家族 Src是原癌基因c-Src的产物，参与 抗原受体、细胞因子受体和整合素介导的跨 膜信号转导。 Src激酶家族是一组膜结合蛋白， 与受体结合存在，当配体与受体结合后被激 活。 Src羧基端有一酪氨酸磷酸化位点 Tyr527，其磷酸化可与Src 自身的SH2结构域 结合。 Src 的SH3结构域能与分子内调

8、节区 和激酶区交界部的脯氨酸残基结合。 这种结合可阻止底物与Src的结合， 起自身抑制作用。其磷酸化位点是激酶的负 调节点。 b）JAK激酶家族 JAK (Janus kinase) 家族成员有 JAK1、JAK2、JAK3和TYK2。 特征性结构是有两个激酶结构域： 激酶区（JH1）和激酶相关区（JH2或假SH1 区）。此外，还有5个同源结构域（ JH3 JH7 ）。 JH1和JH2都与Src具有同源性。 JH1JH2 JAK最主要的底物是信号转导子和 转录激活子（signal tranducers and activators of transcription，STAT）。 STAT是一种DNA结合蛋白家族，有 7个成员。它与酪氨酸磷酸化信号偶联，发挥 转录调控作用。 JAK家族介导细胞因子受体的跨膜 信号转导。 JAK STAT pathway c）Syk/ZAP-70家族 包括Syk和T细胞受体链连接蛋白- 70 （zeta chain-associated protein-70， ZAP-70 ）。 二者可介导淋巴细胞抗原受体和某 些细胞因子受体的信号转导，在淋巴细胞的 分化

9、、发育和活化中具有重要作用。 d）CSK家族 CSK (C terminal Src-family kinase）家族中p50CSK含有SH1、SH2和SH3 结构域，能使Src的羧基端Tyr527磷酸化，从 而抑制Src的活性。 e）Tec家族 包括Btk、Itk、Tec、Txk、Bmx等 ，其成员有不同的组织表达。 f）黏附斑激酶 黏附斑激酶（focal adhesion kinase，FAK）在黏附分子整合素介导的细 胞与细胞外基质的黏附和信号转导中具有起 始作用。 整 合 素 结 构 模 型 Linear structure of FAK （2）受体酪氨酸蛋白激酶 PDGF一类的跨膜受体，可磷酸化靶 蛋白的酪氨酸，因此称为受体酪氨酸蛋白激 酶（receptor tyrosine kinase，RTK）。 1）受体酪氨酸激酶的自主磷酸化位点 常位于受体的羧基末端胞质域的非 催化区，或质膜与酪氨酸激酶结构域之间。 主要功能是与靶蛋白的SH2结构域结 合，激活靶蛋白。 靶蛋白与磷酸化位点的结合依赖于 pTyr附近的氨基酸组成及顺序。 2）受体酪氨酸激酶激活信号蛋白的机制 一是信号分子的膜转位； 二是通过结构改变而被激活； 三是通过酪氨酸的磷酸化被激活。 作为PTK底物的信号蛋白又分为具有 酶活性和不具有酶活性的接头蛋白两类。 3）受体酪氨酸激酶的分类 a）表皮生长因子受体（EGFR）家族 包括EGFR、erbB2/neu及erbB3基因 表达产物。 特点：胞膜外有两个富含Cys的区域， 胞质内含有一个酪氨酸激酶活性区。 b）胰岛素受体家族 包括胰岛素受体（insulin receptor ，IR）、胰岛素样生长因子-1受体（insulin- like growth factor-1 receptor，IGF-1R）以 及胰岛素相关受体（insulin related receptor，IRR）。 c）PDGF/MCSF/SCF受体家族 包括PDGF- R、 PDGF- R、M- CSFR、SCFR。 d）成纤

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