プロテインキナーゼは、生体内に存在し、リン酸化反応を触媒する酵素群である。リン酸化は共有結合修飾の一例であり、細胞が酵素活性およびタンパク質機能を制御・調節するために用いる主要な機構である。プロテインキナーゼの一つに、cAMP依存性プロテインキナーゼ（protein kinase A：PKA）がある。

ストレス状況下でエピネフリンが循環器系を介して作用すると、細胞においてATPから環状アデノシン一リン酸（cyclic adenosine monophosphate：cAMP）への変換が促進される。cAMPは環状ヌクレオチドであり、細胞内（場合により細胞外）の「セカンドメッセンジャー」として、多くのペプチドホルモンまたはアミンホルモンの作用を媒介する。cAMPは、α/β-ADR（アドレナリン受容体）、CRHR（副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン受容体）、GcgR（グルカゴン受容体）、Smo（Smoothened）等のGPCRを含む複数の受容体により制御される。また、cAMPはPKAのアロステリック調節因子でもあり、不活性型PKAに結合してPKAを活性化する。活性化されたPKAは、リン酸化を介して多様な酵素を活性化し、標的残基としてセリン残基またはスレオニン残基のいずれかをリン酸化する。

基質分子が、-アルギニン-アルギニン-X-セリン（またはスレオニン）-Y- というコンセンサス配列を含む場合（Xはグリシン等の小型アミノ酸、Yは大型疎水性アミノ酸）、PKAは当該部位に結合し、標的部位のセリンまたはスレオニンをリン酸化する。コンセンサス配列中の最初のアルギニンはリシンに置換されてもPKAの結合は可能であるが、2つがアルギニンである場合と比較して親和性は低下する。このようなリン酸化により、標的基質分子の活性および機能が変化し得る。

PKAは、活性部位を有する触媒サブユニットと、cAMPが結合するアロステリック部位を有する調節サブユニットの2種類のサブユニットから構成される。触媒サブユニットはリン酸基付加反応を担い、調節サブユニットはcAMP濃度を感知して、そのレベルに応じて触媒サブユニットをオン／オフ制御する。cAMP濃度が低い場合、調節サブユニットの二量体が触媒サブユニット2分子に結合し、不活性複合体を形成する。cAMP濃度が上昇すると、cAMPが調節サブユニットに結合して触媒サブユニットが解離し、活性型として遊離する。より具体的には、アロステリックエフェクターが存在しない場合、PKAの四次構造は触媒サブユニット2分子と調節サブユニット2分子からなる（R2C2複合体）。ストレス条件下ではエピネフリンが放出され、PKAのアロステリックエフェクターであるcAMPの産生が促進される。cAMPが調節部位すべてに結合すると構造変化が生じ、調節部位が触媒部位から解離可能となる。不活性PKA複合体では、触媒サブユニットの活性部位は、調節サブユニット上に存在する「擬似基質配列（pseudo-substrate sequence）」と呼ばれるアミノ酸配列により占有されている。活性部位が解放されると、触媒サブユニットはリン酸化を介して多様な標的酵素を触媒する。

PKAファミリーには、PKA複合体のサブユニットをコードする複数の遺伝子が存在する。PKA-cat alpha（PKACa）、PKA-cat beta（PKACb）、およびPKA-cat gamma（PKACg）は、四量体複合体として存在する不活性PKAの触媒サブユニットをコードする。不活性PKAの他の2つの調節サブユニットは、PKAR1AおよびPRKAR1B、またはPRKAR2AおよびPKAR2Bによりコードされる。

さらに、プロテインキナーゼAは多くの細胞プロセスにおいて中核的役割を担う。細胞周期および増殖、代謝、神経インパルス伝達、細胞骨格リモデリング、筋収縮、細胞生存、その他の細胞機能の調節に関与する。PKAは、PKA調節サブユニット（PKA-reg）のタイプに応じて、細胞質に局在する場合もあれば、細胞構造体やオルガネラに関連して存在する場合もある。PKAは、Aキナーゼアンカータンパク質（A kinase anchor proteins：AKAPs）と呼ばれる特異的タンパク質により、細胞内の特定部位へ係留される。加えて、AKAPsはPKAの調節および／またはPKA活性の制御に関与し得る。リボソームタンパク質S6キナーゼ90kDaポリペプチド1（p90RSK1）は、PKAのcAMP結合能を調節し得る。不活性型p90RSK1はPKA調節サブユニットタイプIと相互作用する一方、活性型p90RSK1はPKA触媒サブユニット（PKA-cat）と相互作用する。p90RSK1がPKA-regに結合するとPKA-regとPKA-catの相互作用は低下し、活性型p90RSK1がPKA-catに結合するとPKA-catとPKA-regの相互作用は増強され、cAMPによるPKA刺激能は低下する。さらに、PKA-catは、3-ホスホイノシチド依存性プロテインキナーゼ-1（PDK-1）、プロテインキナーゼ（cAMP依存性・触媒）阻害因子（PKI）、プロテインホスファターゼ1 調節（阻害）サブユニット1B（DARPP-32）によっても調節され得る。

また、PKA調節にはcAMP非依存性経路が2つ存在する。1つは、B細胞におけるκ軽鎖遺伝子エンハンサーの核内因子（NF-κB）阻害因子（I-κB）依存性カスケードである。PKA-catの一部はI-κBαおよびI-κBβ（NFKBIAおよびNFKBIB）との複合体として存在する。基礎条件下では、NFKBIAおよびNFKBIBがPKA-catαを不活性状態に保持し、おそらくATP結合部位をマスキングすることによると考えられる。NFKBIAおよびNFKBIBのリン酸化および分解により、PKA-catαが遊離して活性化される。本経路は血管作動性ペプチドに対する一般的応答である可能性がある。もう1つは、トランスフォーミング増殖因子β（TGF-β）／SMADファミリー3および4（SMAD3およびSMAD4）を介して実現される。活性化SMAD3がSMAD4に結合し、この複合体がPKA-regに結合することで、PKA-catが遊離し、下流の標的遺伝子が活性化される。

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