钙离子/钙调素依赖性蛋白激酶

钙离子／钙调素依赖的蛋白激酶或钙调蛋白激酶（英文：Ca2+/calmodulin-dependent protein kinases or CaM kinases ）是一种丝氨酸／苏氨酸特性的蛋白激酶，被钙／钙调蛋白复合物所调节。这个种系的蛋白在活化時表現出一種记忆效应。

类型
有两种类型的钙调蛋白激酶：
特异性的钙调蛋白激酶：例如肌球蛋白轻链激酶，它可以磷酸化肌球蛋白，引起肌肉收缩。
多功能的钙调蛋白激酶：这部分蛋白也被总称为钙调蛋白激酶II（CaM kinase II），它们在很多生物反应中都起到了重要作用。例如神经递质的分泌，转录因子的调节和糖原代谢等。大脑中大约1%～2%的蛋白是钙调蛋白激酶II。

结构和自身调节
钙调蛋白激酶包括一个N末端的催化区，一个调节区和一个联合区。

 钙与钙调蛋白依赖性 
CaMKII酶对钙离子和钙调蛋白的敏感性受到其可变结构域（Variable domain）和自结合结构域（Self-associative domain）的调控。这种敏感性水平也决定了该酶不同的激活状态。起初，酶处于待激活状态；然而，由于缺乏足够的钙或钙调蛋白与邻近亚基结合，自身磷酸化（Autophosphorylation）不会发生。随着钙和钙调蛋白的积累量增加，自身磷酸化发生，导致 CaMKII 酶在短时间内保持持续激活（Persistent activation）状态。不过，苏氨酸286（Threonine 286, Thr286）残基最终会被去磷酸化，从而导致 CaMKII 失活Miller, S.G.; Kennedy, M.B. (1986). "Regulation of brain type II Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase by autophosphorylation: a Ca2+-triggered molecular switch". Cell. 44 (6): 861–870.Lisman, J (1994). "The CaM kinase II hypothesis for the storage of synaptic memory". Trends in Neurosciences. 17 (10): 406–12.。

 自身磷酸化 
自身磷酸化是指激酶将磷酸基团转移至自身的反应过程。当 CaMKII 发生自身磷酸化时，它会变得持久活跃。苏氨酸286位点的磷酸化使催化结构域得以激活。CaMKII 全酶（Holoenzyme）的结构进一步增强了自身磷酸化过程，因为全酶由两个堆叠的环状结构组成。这种相邻环的紧密排列增加了邻近 CaMKII 分子间相互磷酸化的概率，从而进一步促进自身磷酸化Blitzer, Robert D., et al. (1995). "Postsynaptic CAMP pathway gates early LTP in hippocampal CA1 region". Neuron. 15 (6): 1403–14.。

另一种促进机制涉及对蛋白磷酸酶1（PP1）的抑制，这个机制通过增加自身磷酸化的可能性使 CaMKII 持续保持活性Giese, K. P., et al. (1998). "Autophosphorylation at Thr286 of the Calcium-Calmodulin Kinase II in LTP and Learning". Science. 279 (5352): 870–3.。

 长时程增强（LTP） 
钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶 II 在长时程增强（LTP）中也起着关键作用——LTP 是强化活跃突触的分子过程，被认为是记忆形成的神经基础。CaMKII 参与了该过程的许多方面。

当 NMDA受体所处的局部环境电位高到足以移除通道孔道中带正电的镁离子（Mg²⁺）时，LTP 就被启动了。随着通道畅通，Ca²⁺ 离子通过 NMDA 受体通道进入突触后神经元。Ca²⁺ 内流激活了 CaMKII。研究表明，LTP 诱导后，树突突触后致密区（Postsynaptic Density, PSD）中的 CaMKII 活性会直接增加，表明这种激活是刺激的直接结果Strack, S., et al. (1997). "Translocation of Autophosphorylated Calcium/Calmodulin-dependent Protein Kinase II to the Postsynaptic Density". Journal of Biological Chemistry. 272 (21): 13467–70.Gardoni, F, et al. (2001). "Hippocampal synaptic plasticity involves competition between Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II and postsynaptic density 95 for binding to the NR2A subunit of the NMDA receptor". The Journal of Neuroscience. 21 (5): 1501–9.。

 在LTP中的机制作用 
强有力的证据表明，CaMKII激活后，在AMPA受体向细胞膜以及随后的树突PSD转运过程中发挥作用。AMPA受体的移动通过增强突触后对突触前去极化的响应，进而产生LTP。

在机制上，CaMKII磷酸化AMPA受体的P2丝氨酸831（Ser 831）位点。这增加了AMPA受体GluA1亚基的通道电导，使得AMPA受体在LTP期间比在正常情况下更加敏感。AMPA受体敏感性的增加会导致突触强度增加Collingridge, Graham L., et al. (1998). "Modulation of AMPA receptor unitary conductance by synaptic activity". Nature. 393 (6687): 793–7.。

除了增加GluA1亚基的通道电导以外，CaMKII还被证明有助于AMPA受体的胞吐作用。储备的AMPA受体包埋在细胞内的内体中。CaMKII可以刺激内体移动到外膜并激活包埋其中的AMPA受体。内体的胞吐作用扩大了突触并增加了突触中AMPA受体的数量。AMPA受体数量的增加提高了突触对突触前去极化的敏感度，进而产生长时程增强（LTP）Lisman, John; Schulman, Howard; Cline, Hollis (2002). "The Molecular Basis of CaMKII Function in Synaptic and Behavioural Memory". Nature Reviews Neuroscience. 3 (3): 175–90.。

基因
钙调蛋白激酶Ⅰ ：钙调蛋白激酶1，钙调蛋白激酶1D，钙调蛋白激酶1G
钙调蛋白激酶Ⅱ ：钙调蛋白激酶2A，钙调蛋白激酶2B，钙调蛋白激酶2D，钙调蛋白激酶2G
钙调蛋白激酶Ⅳ ：钙调蛋白激酶4

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