蛋白磷酸化与蛋白激酶

各亚型均由一条肽链组成，分为四个保 守区C1~C4和五个可变区V1~V5。 • 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；
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。
NH HC CH2 O C OH NH HC CH2 O C O O P O O
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）
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。
（7）核糖体S6激酶（S6K）
包括S6KⅠ和S6KⅡ，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（intergrin-linked kinase，ILK）可直接磷酸化PKB/Akt， 其活性依赖PI3K。
PINCH, ILK domain structures & interacting partners
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
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。
（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。
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。
JH2
JH1
• 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。
PINCH Nck-2
SH3 SH3
LIM4 LIM5
Actin Cytoskeleton CH-ILKBP/actopaxin parvins/affixin
N-ter
SH3
LIM3
Filamin
SH2
LIM2
CH1
N-ter
LIM1
ILK
PH
CH2
Migfilin
LIMS
FERM PH FERM
（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。
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：
① 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶
② 酪氨酸蛋白激酶
③ 组/赖/精氨酸蛋白激酶 ④ 半胱氨酸蛋白激酶
⑤ 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。
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。
Cterminal 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。
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（insulinlike growth factor-1 receptor，IGF-1R） 以及胰岛素相关受体（insulin related receptor，IRR）。
第四章 蛋白质磷酸化
蛋白激酶、蛋白磷酸酶与信号转导
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：
ATP 蛋白激酶 蛋白质 蛋白磷酸酶 Pi H2O 蛋白质 P ADP
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
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。
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（mitogenactivated 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
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、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
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Ca 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。
2＋
• 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。
p p
ANK ANK ANK ANK
Βιβλιοθήκη Baidu
Kinase domain
Mig-2
RTK
paxillin

Integrins
ECM
Generously provided to the CMC by Cary Wu (Apr-03
（9）DNA依赖性蛋白激酶 DNA依赖性蛋白激酶（DNA-dependent 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Ⅱ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）蛋白激酶C 即Ca 和磷脂依赖的蛋白激酶，受 Ca2＋ 、DAG和PS激活。
2＋
PKC有11种亚型： A组－典型PKC (classical PKC，cPKC)： 、Ⅰ、Ⅱ和 活化需要Ca2＋ 、DAG和PS。
B组－新型PKC (new PKC，nPKC)：、、 (L) 、、 和 。 活化不需要Ca2＋。 C组－非典型PKC (atypical PKC，aPKC)： 和 / 。 活化不需要Ca2＋和DAG。
a）SH1结构域
非受体型的PTK的催化区因与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。
NH HC CH2 O C OH NH HC CH2 O C O O P O O
（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① 调节代谢；②调节离子通道；③调 节其他信号转导途径的蛋白；④ 进入细胞 核调节基因表达。
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 (pleckstrin 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。
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、CaMKⅡ等。
（4）CMGC组蛋白激酶
• •
脯氨酸依赖性激酶（proline depedent kinase，PDK） 酪蛋白激酶Ⅱ（casein kinase Ⅱ ，CK Ⅱ ）家族