Dynamics connect substrate recognition to catalysis in protein kinase A

蛋白激酶A 变构调节 化学 蛋白质动力学 生物物理学 三元络合物 激酶 基质(水族馆) 蛋白质结构 生物化学 生物 生态学
作者
Larry R. Masterson,Cecilia Y. Cheng,Tao Yu,Marco Tonelli,Alexandr P. Kornev,Susan S. Taylor,Gianluigi Veglia
出处
期刊:Nature Chemical Biology [Springer Nature]
卷期号:6 (11): 821-828 被引量:186
标识
DOI:10.1038/nchembio.452
摘要

Structural analysis of protein kinase A had previously focused on static pictures with bound inhibitors. The first analyses of the protein with a substrate peptide identify dynamic hot spots and slow steps in catalysis, pointing toward a model of conformational selection in binding. Atomic resolution studies of protein kinases have traditionally been carried out in the inhibitory state, limiting our current knowledge on the mechanisms of substrate recognition and catalysis. Using NMR, X-ray crystallography and thermodynamic measurements, we analyzed the substrate recognition process of cAMP-dependent protein kinase (PKA), finding that entropy and protein dynamics play a prominent role. The nucleotide acts as a dynamic and allosteric activator by coupling the two lobes of apo PKA, enhancing the enzyme dynamics synchronously and priming it for catalysis. The formation of the ternary complex is entropically driven, and NMR spin relaxation data reveal that both substrate and PKA are dynamic in the closed state. Our results show that the enzyme toggles between open and closed states, which indicates that a conformational selection rather than an induced-fit mechanism governs substrate recognition.
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