PHK

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導入

ホスホリラーゼキナーゼ（PhK）は、ホルモンおよび神経信号を調整してグリコーゲン分解を開始します。PhKは不活性なグリコーゲンホスホリラーゼb（GPb）のリン酸化を触媒し、活性なグリコーゲンホスホリラーゼaを形成します。

構造

PhKは、最も大きく、最も複雑なタンパク質キナーゼの一つです。自己リン酸化またはホルモン刺激に応じてサブユニットがサイクリックアデノシン一リン酸依存性キナーゼによってリン酸化されることにより、キナーゼが活性化されます。ADPはβサブユニットに高い親和性で結合し、活性を刺激します。Ca²⁺は、内因性カルモジュリン（δ）サブユニット（16.7 kDa、148アミノ酸）に結合する神経刺激イオンに影響を与え、筋収縮をエネルギー生産に結びつけます。PhKは、カルモジュリンによって調節される他のほとんどの酵素とは異なり、カルシウムが存在しない場合でもδ-カルモジュリンサブユニットがホロ酵素内で密接に関連しています。これは、キナーゼ構造ドメイン（残基20-276）と調節カルモジュリン結合自己抑制構造ドメイン（残基298-396）で構成されています。phKは、活性化フラグメントのリン酸化を必要としないいくつかのキナーゼの一つです。

機能

PhKは、グリコーゲン分解の制御における重要な酵素です。細胞内のグリコーゲン備蓄は、主に絶食中のグルコース恒常性を維持するためと、筋収縮のエネルギー源として使用されます。PhKは、ホルモンメッセンジャー（エピネフリン）、神経刺激（Ca²⁺）、および代謝信号（例：アデノシン二リン酸[ADP]レベル）など、異なるシグナル伝達経路からの信号を統合し、グリコーゲン備蓄の迅速な動員を生み出します。PhKは、不活性なグリコーゲンホスホリラーゼb（GPb）のセリン14の単一のセリンをリン酸化し、活性ホスホリラーゼa（GPa）に変換します。活性ホスホリラーゼは、グリコーゲンのリン酸化を触媒してグルコース-1-リン酸を放出します。すべての真核生物のタンパク質キナーゼは、ヌクレオシド三リン酸供与体から基質タンパク質のセリン、スレオニン、またはチロシンの側鎖ヒドロキシル基へのγ-リン酸の転送を触媒する共通の触媒コアを共有していますが、各キナーゼは特定の基質のみを認識し、それぞれ異なるメカニズムによって調節されています。

活性化

PhKの活性化は複雑で、いくつかの異なる制御層があります。in vitro pHはさらなる調節因子です。カルシウム存在下で測定された不活性PhKは、pH 6.8で低い活性を示します。pH 8.2では活性が大幅に増加しますが、依然としてカルシウムの存在が必要です。リン酸化または制限されたタンパク質加水分解によるPhKの活性化は、pH 6.8での活性の増加をもたらしましたが、pH 8.2での活性にはほとんど変化がありませんでした。

メカニズム

PhKの触媒メカニズムの正確な詳細はまだ調査中です。PhKの構造とメカニズムの細部を研究することには大きな困難があります。活性部位では、PhKと他のいわゆるPループタンパク質キナーゼ（例：プロテインキナーゼA（PKA、cAMP依存性キナーゼ））との間に重要な相同性があります。これらの他のタンパク質は、通常、活性化するために触媒部位のセリンまたはチロシン残基のリン酸化を必要としますが、PhKの触媒γサブユニットは、負に帯電したグルタミン酸残基Glu-182の存在により、常に活性です。構造的および生化学的データは、PhKがリン酸化したグリコーゲンホスホリラーゼの作用メカニズムの一つが、アデノシン三リン酸（ATP）から基質セリンへのリン酸の直接転送を含む可能性があることを示唆しています。