Proteiinkinaas A

Proteiinkinaas A (PKA) on AGC kinaasiperekonna seriin- või treoniinkinaas, mille aktiivsus rakus sõltub tsükliliset adenosiin- 3´,5´-monofosfaadist (cAMP). Seetõttu tuntakse PKA-d ka cAMP-sõltuva proteiinkinaasina. PKA-l on rakus palju funktsioone, näiteks aktiini tsütoskeleti destabiliseerimine, lipiidide metabolism, glükogeeni regulatsioon, ioonjuhtivuse reguleerimine ja südamelihaste relakseerumine. PKA-d kasutatakse ka mudelkinaasina teiste proteiinkinaaside uuringutes, kuna see omab suures osas struktuurseid sarnasusi teiste kinaasidega.

PKA-d ei tohi segamini ajada AMP-aktiveeritud proteiinkinaasiga, millel on küll sarnane olemus, kuid võib omada vastupidist mõju. Samuti ei tohi seda samastada tsükliin-sõltuva kinaasiga (CDK) või happe dissotsiatsioonikonstandiga (pKa).

 Mehhanism 

 Aktiveerimine 

Mitteaktiivses olekus on PKA neljast valgumolekulist koosnev kompleks (holoensüüm), millest 2 on katalüütilised alaühikud (PKAc või C) ja 2 regulatoorsed alaühikud (PKAr või R) (summaarselt: R2C2). 
PKA ensüümi tuntakse ka cAMP-sõltuva proteiinkinaasina, kuna selle aktivatsioon toimub cAMP molekulide seostumisel nende kinaasile. PKA aktivatsioonikaskaad saab alguse hormoonide, näiteks glükagooni ja adrenaliini (epinefriini), seostumisel sihtmärkraku G-valguga seotud retseptorile (GPCR). Pärast GPCR aktiveerimist rakuvälise (ekstratsellulaarse) ligandi poolt toimub retseptori konformatioonimuutus ning selle tulemusel muutub see rakusiseseks heterotrimeerseks G-valgu kompleksiks. G-valgud koosnevad kolmest alaühikust (alfa (α), beeta (β), gamma (γ)), mis seostudes teiste valgumolekulidega saavad moodustada nendega kompleksi. G-valgu alfa alaühik funktsioneerib seejärel guaniini nukleotiidi vahetusfaktorina (ingl Guanine nucleotide exchange factor ehk GEF), asendades sellele seotud guanosiindifosfaadi (GDP) guanosiintrifosfaadiga (GTP) ja vabaneb (dissotsieerub) ise kompleksi küljest.

Aktiveeritud G alfa alaühik seob ja aktiveerib ensüümi nimega adenülaaditsüklaas, mis omakorda katalüüsib ATP muutmist tsükliliseks adenosiini monofosfaadiks (cAMP) ja seeläbi suurendab cAMP kontsentratsiooni. Ühe PKA molekuli aktiveerimiseks on vaja nelja cAMP molekuli. Aktivatsioon toimub järgmiselt: kaks cAMP molekuli seotakse ühe PKA ensüümi regulatoorse alaühikuga (kokku 2 regulatoorset alaühikut ning vajab seega 4 cAMP molekuli), mis põhjustab holoensüümi dissotsieerumise regulatoorsete alaühikute dimeeriks ja kaheks katalüütiliseks alaühikuks. Vabanenud katalüütilised alaühikud aktiivsed ja võimelised fosforüülima oma substraatvalkude seriini- või treoniinijääke.

Kokkuvõte PKA aktiveerimiseks vajalikest etappidest:

Tsütosoolse cAMP-i kontsentratsiooni suurenemine;
Kahe cAMP-i molekuli seostumine mõlema PKA regulatoorse alaühikuga;
Regulatoorsete ja katalüütiliste alaühikute vahelise sideme nõrgenemine ja PKA holoensüümi dissotsieerumine regulatoorsete alaühikute dimeeriks ja kaheks katalüütiliseks alaühikuks;
Vabade katalüütiliste alaühikute substraatvalkude fosforüülimine.

 Katalüüs 

Pärast PKA holoensüümi dissotsieerumist saavad vabad katalüütilised alaühikud ATP (või teiste nukleosiidtrifosfaatide) terminaalse fosforüülrühma ülekannet valksubstaadi seriini või treoniini jäägile, mis põhjustab tavaliselt substraadi aktiivsuse muutust. Kuna PKA on eri rakuliikides üsna levinud, on cAMP-i ja PKA regulatsioon seotud erinevate signaaliradadega.

Edasiste mõjude mehhanismid saab jagada otseseks valgu fosforüülimiseks või valgusünteesiks: 
otsese valgu fosforüülimisega PKA vahetult suurendab või vähendab valgu aktiivsust;
valgusünteesis aktiveerib PKA esmalt otseselt CREB-i (ingl cyclic AMP response element binding protein) ehk tsüklilise AMP vastuselementi siduv valk. See omakorda seob cAMP vastuselemendi, muutes seeläbi transkriptsiooni ja valgusünteesi. Võrreldes otsese valgu fosforüülimisega, võtab viimane toimemehhanism rohkem aega (tundidest kuni päevadeni).

 Inaktiveerimine 

PKA inaktivatsioon toimub nn tagasiside mehhanismiga: üks substraatvalkudest, mida PKA aktiveerib, on fosfodiesteraas, mis muundab kiirelt cAMP-i AMP-ks. Selle tulemusel väheneb cAMP-i hulk, mis aktiveerib PKA-d. Seega mõjutab PKA aktiivsust cAMP-i hulk, kuid ka katalüütilise alaühiku enda aktiivsust saab vähendada fosforüülimise teel.

 Lokaliseerimine 

PKA regulatoorsete alaühikute dimeer on vajalik kinaasi lokaliseerimiseks elusrakus. Dimeeri sidumise ja dimeriseerumise domeen seostub A-kinaasi ankurdava valguga (ingl A-kinase anchor protein ehk AKAP). AKAP-d lokaliseeruvad PKA-d erinevatesse kohtadesse raku sees (nt plasmamembraan, mitokondrid jne).
Lisaks PKA-le seovad AKAP-d paljusid teisi signaalivalke, tekitades seeläbi väga tõhusa signalisüdamiku raku kindlas osas. Näiteks AKAP, mis paikneb südamelihase rakutuuma lähedal, seob nii PKA-d kui ka fosfodiesteraasi (hüdrolüüsib cAMP-i).

 Funktsioon 

PKA fosforüülib valke, millel on fosforüülitavaseriini või treoniini jäägi lähedal eelistatult aluselised aminohappejäägid (st Arg ja Lys). PKA substraativalkudel on fosforüülimissaidis iseloomulik aminohappeline järjestus Arg-X-Ser/Thr või Arg-Arg/Lys-X-Ser/Thr-Leu/Ile, kus X tähistab ükskõik mis aminohappejääki. Fosforüülimise tulemusel PKA aktiveerib või deaktiveerib substraatvalke. Kuna valgusüntees on eri rakutüüpidel erinev, ka substraatvalgud, mida PKA saab fosforüülida, on erinevad, mistõttu PKA aktiivsus ja funktsioon on eri rakutüüpides erinev.

 Ülevaatlik tabel 

 Rakutüüp Organ/süsteem Stimulaatorid  ligandid --> Gs-GPCRs  or PDE inhibiitorid Inhibiitorid  ligandid --> Gi-GPCRs  or PDE stimulaatorid Mõjud rasvarakk   adrenaliin (epinefriin) --> β-adrenergiline retseptor
glükagoon --> Glükagooni retseptor  suurendab lipolüüsi
stimuleerib lipaasi müotsüüt (skeletilihase)  lihaste süsteem adrenaliin --> β-adrenergiline retseptor  toodab glükoosi
stimuleerib glükogenolüüsi
fosforüülib glükogeeni fosforülaasi, fosforülaaskinaas kaudu (aktiveerides)
fosforüülib atsetüül-CoA karboksülaasi (inhibeerides)
inhibeerib glükogeneesi
fosforüülib glükogeeni süntaasi (inhibeerides)
stimuleerib glükolüüsi
fosforüülib fosfofruktokinaasi 2 (stimuleerides, ainult kardiomüotsüütidies) müotsüüt (südamelihase)  südame-veresoonkond norepinefriin --> β-adrenergiline retseptor  eraldab Ca2+ sarkoplasmaatilisest retiikulumist
fosforüülib fosfolambaani müotsüüt (silelihase)  südameveresoonkond β-2 adrenergilised agonistid --> β-2 adrenergilised retseptorid
histamiin --> histamiini H2 retseptor
prostatsükliin --> prostatsükliini retseptor
Prostaglandiin D2 --> PGD2 retseptor
Prostaglandiin E2 --> PGE2 retseptor
VIP --> VIP retseptor
L-Arginiin --> imidasoliini retseptor ja α-2 retseptor (Gi-seotud)muskariinsed agonistidid, nt atsetüülkolkoliin --> muskariinne retseptor M2
NPY --> NPY retseptor Vasodilatsioon maksarakk  maks adrenaliin --> β-adrenergiline retseptor
glükagoon --> Glükagooni retseptor  Glükoosi tootmine
Glükogneolüüsi stimuleerimine
fosforüülib glükogeeni fosforülaasi (aktiveerides)
fosforüülib Atsetüül-CoA karboksülaasi (inhibeerides)
Glükogeneesi inhibeerimine
fosforüülib glükogeensüntaasi (inhibeerides)
Glükogeneesi stimuleerimine
fosforüülib fruktoos 2,6-bisfosfaati (stimuleerides)
Glükolüüsi inhibeerimine
fosforüülib fosfofruktokinaas-2 (inaktiveerides)
fosforüülib fruktoos 2,6-bisfosfaati (stimuleerides)
fosforüülib püruvaatkinaasi (inhibeerides) neuronid rakutuuma accumbensites  närvisüsteem  dopamiin --> dopamiini retseptor    Aktiveerib reward süsteemi Peamised rakud neerus  neer Vasopressiin --> V2 retseptor
teofülliin (PDE inhibiitor)  Akvaporiin 2 eksotsütoos apikaalsesse membraani
Akvaporiin 2 süntees
Akvaporiin 2 fosforüülimine (stimuleerides Paksud kasvavad jäsemerakud  neer  Vasopressiin --> V2 retseptor    Stimuleerib Na-K-2Cl sümporterit (sellel võib olla väike mõju) Kortikaalsed kogumistorukeste rakud  neer  Vasopressiin --> V2 retseptor    Stimuleerib epiteelkoe naatriumkanalit (sellel võib olla väike mõju) Sisemise säsi kogumisjuha rakud  neer  Vasopressiin --> V2 retseptor   Stimuleerib uurea transporter 1-te
Uurea transporter 1-e eksotsütoos Proksimaalsed vääntorukeste rakud  neer  PTH --> PTH retseptor 1    NHE3 inhibeerimine --> ↓H+sekretsiooni vähenemine Jukstaglomerulaarrakud  neer  Adrenergilised agonistid --> β-retseptor
 Agonistid --> A2 retseptor
Dopamiin --> dopamiini retseptor
Glükagoon --> glükagooni retseptor
    Reniini sekretsioonile

 Funktsioon rasva- ja maksarakkudes 

Adrenaliin ja glükagoon mõjutavad PKA aktiivsust, muutes läbi G-valgu mehhanismi cAMP-i sisaldust rakus, kasutades selleks adenülaaditsüklaasi. PKA fosforüülib paljusid metabolismis olulisi ensüüme, näiteks atsetüül-CoA karboksülaas ja püruvaadi dehüdrogenaas. Sellisel kovalentsel modifikatsioonil on nendele ensüümidele inhibeeriv mõju, st toimub lipogeneesi inhibeerimine ja glükoneogeneesi soodustamine. Seevastu insuliin vähendab nende ensüümide fosforüülitust, mis omakorda soodustab lipogeneesi.

 Vaata ka 

 Proteiinkinaasid
 G-valgud
 G-valguga seotud retseptorid
 Tsükliline adenosiinmonofosfaat
 Proteiinkinaas B

 Viited 

Kategooria:Ensüümid