鈣離子/鈣調素依賴性蛋白激酶

鈣離子／鈣調素依賴的蛋白激酶或鈣調蛋白激酶（英文：Ca²⁺/calmodulin-dependent protein kinases or CaM kinases ）是一種絲氨酸／蘇氨酸特性的蛋白激酶，被鈣／鈣調蛋白複合物所調節。這個種系的蛋白在活化時表現出一種記憶效應。

Calcium/calmodulin dependent protein kinase II association domain
鈣離子/鈣調素依賴性蛋白激酶的晶體結構
標識符
符號	CaMKII_AD
蛋白質家族資料庫（Pfam）	PF08332
蛋白質家族資料庫（Pfam）家族宗系	CL0051
蛋白質互聯資料庫（InterPro）（英語：InterPro）	IPR013543
可用的蛋白質結構： 蛋白質家族資料庫（Pfam）   結構 / ECOD   蛋白質資料庫（PDB） 結構生物信息學研究合作實驗室PDB; PDB歐洲; PDB日本 蛋白質資料庫概述（PDBsum）（英語：PDBsum） 結構概述

鈣調蛋白激酶

類型

有兩種類型的鈣調蛋白激酶：

• 特異性的鈣調蛋白激酶：例如肌球蛋白輕鏈激酶，它可以磷酸化肌球蛋白，引起肌肉收縮。
• 多功能的鈣調蛋白激酶：這部分蛋白也被總稱為鈣調蛋白激酶II（CaM kinase II），它們在很多生物反應中都起到了重要作用。例如神經遞質的分泌，轉錄因子的調節和糖原代謝等。大腦中大約1%～2%的蛋白是鈣調蛋白激酶II。

結構和自身調節

鈣調蛋白激酶包括一個N末端的催化區，一個調節區和一個聯合區。

鈣與鈣調蛋白依賴性

CaMKII酶對鈣離子和鈣調蛋白的敏感性受到其可變結構域（Variable domain）和自結合結構域（Self-associative domain）的調控。這種敏感性水平也決定了該酶不同的激活狀態。起初，酶處於待激活狀態；然而，由於缺乏足夠的鈣或鈣調蛋白與鄰近亞基結合，自身磷酸化（Autophosphorylation）不會發生。隨著鈣和鈣調蛋白的積累量增加，自身磷酸化發生，導致 CaMKII 酶在短時間內保持持續激活（Persistent activation）狀態。不過，蘇氨酸286（Threonine 286, Thr286）殘基最終會被去磷酸化，從而導致 CaMKII 失活^[1][2]。

自身磷酸化

自身磷酸化是指激酶將磷酸基團轉移至自身的反應過程。當 CaMKII 發生自身磷酸化時，它會變得持久活躍。蘇氨酸286位點的磷酸化使催化結構域得以激活。CaMKII 全酶（Holoenzyme）的結構進一步增強了自身磷酸化過程，因為全酶由兩個堆疊的環狀結構組成。這種相鄰環的緊密排列增加了鄰近 CaMKII 分子間相互磷酸化的概率，從而進一步促進自身磷酸化^[3]。

另一種促進機制涉及對蛋白磷酸酶1（PP1）的抑制，這個機制通過增加自身磷酸化的可能性使 CaMKII 持續保持活性^[4]。

長時程增強（LTP）

鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶 II 在長時程增強（LTP）中也起著關鍵作用——LTP 是強化活躍突觸的分子過程，被認為是記憶形成的神經基礎。CaMKII 參與了該過程的許多方面。

當 NMDA受體所處的局部環境電位高到足以移除通道孔道中帶正電的鎂離子（Mg²⁺）時，LTP 就被啟動了。隨著通道暢通，Ca²⁺ 離子通過 NMDA 受體通道進入突觸後神經元。Ca²⁺ 內流激活了 CaMKII。研究表明，LTP 誘導後，樹突突觸後緻密區（Postsynaptic Density, PSD）中的 CaMKII 活性會直接增加，表明這種激活是刺激的直接結果^[5][6]。

在LTP中的機製作用

強有力的證據表明，CaMKII激活後，在AMPA受體向細胞膜以及隨後的樹突PSD轉運過程中發揮作用。AMPA受體的移動通過增強突觸後對突觸前去極化的響應，進而產生LTP。

在機制上，CaMKII磷酸化AMPA受體的P2絲氨酸831（Ser 831）位點。這增加了AMPA受體GluA1亞基的通道電導，使得AMPA受體在LTP期間比在正常情況下更加敏感。AMPA受體敏感性的增加會導致突觸強度增加^[7]。

除了增加GluA1亞基的通道電導以外，CaMKII還被證明有助於AMPA受體的胞吐作用。儲備的AMPA受體包埋在細胞內的內體中。CaMKII可以刺激內體移動到外膜並激活包埋其中的AMPA受體。內體的胞吐作用擴大了突觸並增加了突觸中AMPA受體的數量。AMPA受體數量的增加提高了突觸對突觸前去極化的敏感度，進而產生長時程增強（LTP）^[8]。