Protein kinase A（PKA）是一種磷酸化激酶，可催化在其受質蛋白中的何種胺基酸上進行磷酸化（phosphorylation）？

本題觀念：

本題考查的是 Protein Kinase A (PKA) 的生化特性及其受質特異性。 Protein Kinase A（又稱 cAMP-dependent protein kinase，cAMP 依賴性蛋白激酶）屬於 Serine/Threonine kinase（絲胺酸/蘇胺酸激酶） 家族。這類激酶的功能是將 ATP 上的磷酸基團轉移到受質蛋白特定的 絲胺酸（Serine, Ser） 或 蘇胺酸（Threonine, Thr） 殘基的羥基（-OH group）上，進而改變蛋白的活性或構型。

選項分析

• A. 組胺酸（histidine）：錯誤

  • 組胺酸磷酸化主要見於細菌的雙成分調控系統（Two-component regulatory systems）中的 Histidine kinase。雖然真核生物中也存在少量的組胺酸磷酸化（如 succinyl-CoA synthetase 的催化中間產物），但這並不是 PKA 的主要催化目標。

• B. 蘇胺酸（threonine）：正確

  • PKA 是典型的 Serine/Threonine kinase。它識別特定的胺基酸序列（Consensus sequence），通常為 Arg-Arg-X-Ser/Thr-Φ（其中 X 為任意胺基酸，Φ 為疏水性胺基酸），並將其上的 Serine 或 Threonine 磷酸化。
  • 題目選項中沒有 Serine，因此 Threonine 是唯一符合 PKA 催化特性的正確選項。

• C. 酪胺酸（tyrosine）：錯誤

  • 酪胺酸磷酸化是由 Tyrosine kinase（酪胺酸激酶） 催化的，例如胰島素受體（Insulin receptor）或 EGFR 等生長因子受體。這屬於另一大類蛋白激酶，與 Ser/Thr kinase 在結構和功能上有顯著區別。

• D. 麩胺酸（glutamate）：錯誤

  • 麩胺酸通常不是蛋白激酶磷酸化的目標。雖然在某些特定的酵素反應中可能形成 acyl-phosphate 中間產物（如 glutamine synthetase），但這不是信號傳遞中 PKA 的作用模式。

答案解析

Protein Kinase A (PKA) 是一種 Serine/Threonine kinase。當細胞內的 cAMP 濃度升高時，cAMP 結合到 PKA 的調節次單元（Regulatory subunit），導致催化次單元（Catalytic subunit）釋放並活化。活化後的 PKA 會尋找受質蛋白上的特定序列，將 ATP 的 $\gamma$-磷酸基團轉移到 Serine 或 Threonine 的側鏈羥基上。因此，選項中唯有 蘇胺酸（Threonine） 是 PKA 的受質目標。

核心知識點

1. PKA 的分類：屬於 Serine/Threonine kinase 家族。
2. 活化機制：受 cAMP 活化（G protein-cAMP-PKA signaling pathway）。
   • Ligand (e.g., Glucagon, Epinephrine) $\rightarrow$ GPCR ($G_s$) $\rightarrow$ Adenylyl Cyclase $\uparrow$ $\rightarrow$ cAMP $\uparrow$ $\rightarrow$ PKA 活化。
3. 磷酸化位點（Phosphorylation Site）：
   • Serine (S) 和 Threonine (T)：由 Ser/Thr kinases (如 PKA, PKC, CaMKII) 磷酸化。
   • Tyrosine (Y)：由 Tyrosine kinases (如 Insulin receptor, EGFR, Src) 磷酸化。
4. PKA 識別序列（Consensus Sequence）：通常包含帶正電的精胺酸（Arg），序列特徵為 Arg-Arg-X-Ser/Thr。

參考資料

1. Protein kinase A - Wikipedia. Retrieved from en.wikipedia.org/wiki/Protein_kinase_A
2. cAMP-dependent Protein Kinase (PKA), catalytic subunit - NEB. Retrieved from neb.com
3. Protein Serine-Threonine Kinases - Basic Neurochemistry - NCBI Bookshelf. Retrieved from ncbi.nlm.nih.gov