质膜和细胞质质膜和细胞质 (plasma membrane & cytoplasma) 细胞生物学系细胞生物学系甄红英甄红英质膜质膜 (plasma membrane)概述概述质膜的化学组成与分子构造质膜的化学组成与分子构造质膜的特性质膜的特性质膜质膜plasma membrane，PM概述是细胞的支架，有特定的构造质膜是包围在细胞外表的一层极薄的膜。电镜下厚度为610nm。为细胞的生命活动提供了相对恒定的内环境内膜系统：内质网、高尔基体、胞内体、溶酶体、微体过氧化物酶体以及各种膜性小泡等双层膜包绕的细胞器：线粒体、细胞核生物膜 (biomembrane)细胞内的一切膜相构造一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造膜质的脂类膜质的脂类质膜的蛋白质质膜的蛋白质质膜的复合糖类质膜的复合糖类质膜的分子构造模型质膜的分子构造模型一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造膜质的脂类膜质的脂类生物膜上的脂类称为膜脂生物膜上的脂类称为膜脂membrane lipid主要有三类主要有三类:磷脂磷脂(phospholipid)胆固醇胆固醇 (cholesterol)糖脂糖脂 (glycolipid)膜脂构成生物膜的根本骨架膜脂构成生物膜的根本骨架亲水头部亲水头部疏水尾部疏水尾部这种一端亲水一端疏水的分子称为双这种一端亲水一端疏水的分子称为双亲性分子亲性分子 amphipathie molecule或兼性分子。或兼性分子。磷脂磷脂脂肪酸烃链脂肪酸烃链胆固醇胆固醇一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造l 膜质的脂类膜质的脂类一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造膜质的脂类膜质的脂类人工膜人工膜-脂质体脂质体脂单层脂单层(monolayer)脂微囊脂微囊(micelles)脂双层脂双层(bilayer)一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造质膜的蛋白质质膜的蛋白质膜蛋白承当和执行质膜的各种功能，不同膜蛋白承当和执行质膜的各种功能，不同的细胞其膜蛋白的含量有极大差别。的细胞其膜蛋白的含量有极大差别。动物细胞质膜上包含各种酶蛋白、载体和动物细胞质膜上包含各种酶蛋白、载体和通道蛋白、受体蛋白等。通道蛋白、受体蛋白等。内在蛋白内在蛋白(intrinsic proteins):整合蛋白整合蛋白 (integral proteins)、跨膜或镶嵌蛋白、跨膜或镶嵌蛋白;外在蛋白外在蛋白(extrinsic proteins):外周蛋白外周蛋白 (peripheral proteins)脂锚定膜蛋白脂锚定膜蛋白(lipid anchored membrane proteins)蛋白蛋白质与膜脂的与膜脂的结合方式：合方式：、整合蛋白；整合蛋白；、脂脂锚定蛋白；定蛋白；、外周蛋白外周蛋白一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造l质膜的蛋白质质膜的蛋白质一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造质膜的复合糖类质膜的复合糖类糖蛋白糖蛋白(glycoprotein, GP)蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoplycan, PG)糖脂糖脂(glycolipid,GL)一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造质膜的复合糖膜的复合糖类糖蛋白糖蛋白(glycoprotein, GP)为共价共价结合糖的蛋白合糖的蛋白质，其糖，其糖链为分支的寡糖分支的寡糖链，可分，可分为：N-衔接的糖蛋白：接的糖蛋白：天冬天冬酰胺残基的氮原子胺残基的氮原子-NH2与与N-乙乙酰氨基葡萄糖的寡糖氨基葡萄糖的寡糖链共共价价结合构成合构成-糖苷糖苷键的糖蛋白；的糖蛋白；糖基化位点：糖基化位点：Asn-X-Ser/ThrO-衔接的糖蛋白：接的糖蛋白：Ser/Thr残基中的残基中的羟基氧基氧(O)原子原子与与N-乙乙酰氨基半乳糖寡糖氨基半乳糖寡糖链共价共价相相连构成构成-糖苷糖苷键的糖蛋白；的糖蛋白； 糖基化位点：糖基化位点： GalNAc Ser/Thr一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造质膜的复合糖类质膜的复合糖类蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoplycan, PG)由中心蛋白质与一至数百条糖链共价结合由中心蛋白质与一至数百条糖链共价结合构成，其糖链为无分支的直链多糖，主要构成，其糖链为无分支的直链多糖，主要由反复的二糖单位构成，由于其二糖单位由反复的二糖单位构成，由于其二糖单位中普遍含有氨基糖中普遍含有氨基糖 GlcNAc或或GalNAc故称为氨基聚糖故称为氨基聚糖( Glycosaminoglycan,GAG)。一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造质膜的复合糖膜的复合糖类糖脂糖脂(glycolipid,GL)为共价共价结合糖合糖链的脂的脂质高等高等动物的糖脂主物的糖脂主要要为鞘糖脂鞘糖脂(glycosphingolipid,GSL)脂脂质部分部分为神神经酰胺胺(ceramide,Cer )神神经酰胺由神胺由神经鞘氨醇鞘氨醇(sphingosine)与脂与脂肪酸构成肪酸构成含唾液酸的鞘糖脂称含唾液酸的鞘糖脂称为神神经节苷脂苷脂( ganglioside,Gg )一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造质膜的复合糖类质膜的复合糖类脂双分子层的构造与特性脂双分子层的构造与特性脂分子均具有亲水的极水性头部和疏水的脂分子均具有亲水的极水性头部和疏水的非极性尾部构成兼性分子非极性尾部构成兼性分子细细胞外被胞外被胞外被胞外被(cell coat):(cell coat):富含糖富含糖富含糖富含糖类类物物物物质质，故又称，故又称，故又称，故又称为为糖萼糖萼糖萼糖萼glycocalyxglycocalyx。一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造质膜的复合糖类质膜的复合糖类糖萼的糖链构造复杂多变，可编码大量信糖萼的糖链构造复杂多变，可编码大量信息。糖萼所携带的密码能够和遗传密码一息。糖萼所携带的密码能够和遗传密码一样重要，由于它担任着细胞赖以生存的无样重要，由于它担任着细胞赖以生存的无数种识别功能。数种识别功能。动物细胞糖萼的特点是含有大量的唾液酸、动物细胞糖萼的特点是含有大量的唾液酸、硫酸化糖基、糖醛酸等带负电荷的糖残基，硫酸化糖基、糖醛酸等带负电荷的糖残基，因此使细胞外表呈现为负电性。因此使细胞外表呈现为负电性。一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造质膜的复合糖类质膜的复合糖类膜糖类的功能：膜糖类的功能：提高膜的稳定性，加强膜蛋白对细胞外基提高膜的稳定性，加强膜蛋白对细胞外基质中蛋白酶的抗性；质中蛋白酶的抗性；参与细胞的信号识别、细胞的粘着；参与细胞的信号识别、细胞的粘着；细菌和病毒感染时的识别和结合位点。细菌和病毒感染时的识别和结合位点。质膜的分子构造模型质膜的分子构造模型流动镶嵌模型流动镶嵌模型 (fluid mosaic model) Singer, S. J. and Nicolson, G. L., Science 1972; 175一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造一、质膜的化学组成与分子构造质膜的分子构造模型膜的分子构造模型流流动镶嵌模型嵌模型 (fluid mosaic model) 膜脂分子的极性膜脂分子的极性头向外、非极性尾向内，向外、非极性尾向内，尾尾对尾尾陈列，构成脂列，构成脂质双分子双分子层；膜蛋白由内在蛋白和外在蛋白构成；膜蛋白由内在蛋白和外在蛋白构成；内在蛋白内在蛋白经过疏水区疏水区镶嵌在脂嵌在脂质双分子双分子层中；中；外在蛋白主要靠静外在蛋白主要靠静电力与膜的内或外外表力与膜的内或外外表相互作用；相互作用；生物膜具有生物膜具有“流流动性和不性和不对称性。称性。二、质膜的特性二、质膜的特性质膜的不对称性质膜的不对称性膜脂的不对称性膜脂的不对称性膜蛋白的不对称性膜蛋白的不对称性质膜上复合糖的不对称性质膜上复合糖的不对称性质膜功能的不对称性质膜功能的不对称性质膜的流动性质膜的流动性膜脂分子的运动膜脂分子的运动膜蛋白分子的运动膜蛋白分子的运动影响膜脂流动性和膜蛋白运动性的各种要素影响膜脂流动性和膜蛋白运动性的各种要素二、质膜的特性二、质膜的特性质膜的流动性质膜的流动性膜脂分子的运动膜脂分子的运动1. 1. 侧向分散侧向分散(lateral diffusion) (lateral diffusion) ：在同：在同一个单分子层内脂类分子与其临近的分子一个单分子层内脂类分子与其临近的分子交换位置。交换位置。2.2.自旋运动自旋运动(rotation)(rotation)：脂分子围绕与膜：脂分子围绕与膜平面垂直的纵轴进展的旋转运动。平面垂直的纵轴进展的旋转运动。3.3.弯曲运动弯曲运动(flexion) (flexion) 或摆动：膜脂分子或摆动：膜脂分子尾部的左右摆动尾部的左右摆动4.4.伸缩振荡运动伸缩振荡运动5.5.翻转运动翻转运动 (flip-flop) (flip-flop)：膜脂分子从脂：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层的运动。双层的一层翻转到另一层的运动。6.6.碳氢链的异构化互变碳氢链的异构化互变三、质膜的生物学功能三、质膜的生物学功能质膜的维护和屏障作用质膜的维护和屏障作用质膜内外物质的交换：选择性物质运输质膜内外物质的交换：选择性物质运输质膜与细胞的识别和粘合、衔接和通讯质膜与细胞的识别和粘合、衔接和通讯质膜的跨膜信号转导质膜的跨膜信号转导质膜中的酶参与物质代谢和信号转导质膜中的酶参与物质代谢和信号转导四、质膜与疾病四、质膜与疾病HIV感染感染T细胞细胞 HIV经过外表糖蛋白经过外表糖蛋白gp120和膜蛋白和膜蛋白gp41多聚体与多聚体与CD4分子结合，在分子结合，在CXCR4或或CCR5协助下，病毒外膜与宿主细胞膜交融，进入宿主细胞内。协助下，病毒外膜与宿主细胞膜交融，进入宿主细胞内。 CXCR4gp41HIV/TCell 细胞质细胞质 (cytoplasma)细胞质基质细胞质基质 (cytosol)核糖核蛋白体核糖核蛋白体 (ribosome)蛋白酶体蛋白酶体 (proteasome)细胞质基质细胞质基质 (cytosol)细胞质基质的化学组成细胞质基质的化学组成主要成分有主要成分有水、无机离子等小分子水、无机离子等小分子脂类脂类糖类糖类氨基酸氨基酸核苷酸及其衍生物等中等分子核苷酸及其衍生物等中等分子蛋白质、蛋白质、RNARNA、多糖等大分子、多糖等大分子蛋白质约占蛋白质约占20203030细胞质基质细胞质基质 (cytosol)细胞质基质的功能细胞质基质的功能 1. 1.中间代谢过程中间代谢过程 糖酵解过程糖酵解过程磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径糖醛酸途径糖醛酸途径糖原的合成与部分分解过程糖原的合成与部分分解过程 2. 2.蛋白质的合成与脂肪酸的合成蛋白质的合成与脂肪酸的合成 多数蛋白质在细胞质基质中的核糖核蛋白体上开多数蛋白质在细胞质基质中的核糖核蛋白体上开场所成场所成; ; 3. 3.蛋白质的修饰蛋白质的修饰 4. 4.蛋白质的选择性降解蛋白质的选择性降解 5. 5.细胞质骨架相关细胞质骨架相关蛋白酶体蛋白酶体(proteasome)真核生物中蛋白质的降解有两条途径真核生物中蛋白质的降解有两条途径 溶溶酶体内降解体内降解过程程不依不依赖ATPATP利用利用组织蛋白蛋白酶(cathepsin)(cathepsin)降解降解外源性蛋白外源性蛋白膜蛋白膜蛋白长寿命的寿命的细胞内蛋白胞内蛋白 依依赖泛素泛素(Ubiquitin- (Ubiquitin- proteasome pathway proteasome pathway， UPP) UPP)的降解的降解过程程依依赖ATPATP降解降解异常蛋白异常蛋白短寿命蛋白短寿命蛋白需求需求进展数量展数量调控的蛋白控的蛋白质靶蛋白靶蛋白蛋白蛋白酶体体泛素泛素The ubiquitin-proteasome systemNobel prize in chemistry, 2004Avram HershkoAaron CiechanoverIrwin Rose真真核核细细胞胞中中蛋蛋白白酶酶体体存存在在于于细细胞胞质质和和细细胞胞核核, ,是是真真核核细细胞胞中中分分解解内内源源性蛋白质的主要酶系统性蛋白质的主要酶系统真真核核细细胞胞中中蛋蛋白白酶酶体体在在密密度度梯梯度度离离心心中中的的沉沉降降系系数数为为26S26S，故故又又称称其其为为26S26S蛋白酶体蛋白酶体26S26S蛋蛋白白酶酶体体由由一一个个20S20S中中心心颗颗粒粒CPCP和和1-21-2个个19S19S调调理理颗颗粒粒RPRP组成组成活性部位活性部位26S蛋白酶体蛋白酶体 n蛋白酶体的构造蛋白酶体的构造26S蛋蛋白白酶体体中中心心颗粒粒的的沉沉降降系系数数为20S，又又称称20S蛋蛋白白酶体体，是是26S蛋蛋白白酶体体的的催催化化中心中心20S蛋蛋白白酶由由4个个环组成成，每每个个环有有7个个亚单位位中中间两两个个内内环是是亚单位位环，组成成中中心心腔腔central cavity, CC，腔腔内内侧是是催催化化活活性性位点所在位点所在外外 环 是是 亚 单 位位 环 ， 组 成成 外外 腔腔 (antechamer, AC)，构构成成入入口口，控控制制底底物物的的进出出，仅允允许解解折折叠叠的的多多肽经过。中中心心腔腔经过一一狭狭窄窄缢痕痕，缢痕痕与与亚单位位和和亚单位相位相连真真核核20S 蛋蛋白白酶酶体体由由两两个个旋旋转转方方向向相相反反的的环环构构成二聚体构造。成二聚体构造。 1) 20S蛋白酶体蛋白酶体亚单位位真核生物中，真核生物中，20S蛋白蛋白酶体的体的亚单位位环上各有上各有3个活性位点个活性位点(b5/K33，b2/ D17，b1/T1 )，共，共6个个活性位点活性位点3个活性个活性-亚单位以前体方式存在，位以前体方式存在，经本身剪切，本身剪切，使活性中心的使活性中心的苏氨酸残基暴露于成熟氨酸残基暴露于成熟亚单位的位的N-端端亚单位位环上上3个活性位点分个活性位点分别对蛋白蛋白质的疏水性、的疏水性、碱性、酸性氨基酸残基的碱性、酸性氨基酸残基的羧基端基端进展水解，即分展水解，即分别具有具有糜蛋白糜蛋白酶样chymotrypsin-like活性活性胰蛋白胰蛋白酶样trypsin-like活性活性肽-谷氨谷氨酰-肽水解水解 (peptidylglutamyl-peptide hydrolysing，PGPH)活性活性1) 20S蛋白酶体蛋白酶体亚单位位1) 20S蛋白酶体蛋白酶体b5/K33b5/K33疏水性疏水性-aa糜蛋白糜蛋白酶样活性活性b2/ D17b2/ D17碱性碱性-aa胰蛋白胰蛋白酶样活性活性b1/T1b1/T1 酸性酸性-aa肽谷氨谷氨酰肽水解活性水解活性亚单位位活性位点活性位点靶蛋白靶蛋白水解部位水解部位酶活性活性1) 20S蛋白酶体蛋白酶体亚单位位控制被降解底物控制被降解底物进入蛋白入蛋白酶体体环中中央央口口被被亚单位位N末末端端肽链所所占占据据，这使使外外侧的的环完完全全封封锁，防防止止细胞胞内内不不应被被水水解解的的蛋蛋白白质进入入圆筒筒状状构构造造内内部部与与酶的的催催化化部部位位相相接接触触而而遭到水解破坏遭到水解破坏3亚单位位控控制制环的的封封锁，与与其其它它亚单位位的的N末末端相互作用端相互作用环的的7个个亚单位位均均无无催催化化活活性性，但但它它们可可提提供供不不同同调理理亚单位位复复合合体体19S或或11S复复合合体体等等的的锚定位点定位点亚单位含核定位信号，可位含核定位信号，可标定蛋白定蛋白酶体体进入核内入核内允允许降解降解产物出蛋白物出蛋白酶体体2) 19S调理颗粒调理颗粒19S调理颗粒位于调理颗粒位于20S蛋白酶体的一端或两端蛋白酶体的一端或两端 ，与，与20S蛋白酶体结合后可显著提高其活性蛋白酶体结合后可显著提高其活性19S复合体由复合体由17个不同的亚单位构成，这些亚个不同的亚单位构成，这些亚单位又分为两部分：单位又分为两部分：盖部盖部 ( lid subcomplex) 基底部基底部 ( base subcomplex)去泛素化作用去泛素化作用衔接基底部和盖部接基底部和盖部参与靶蛋白的参与靶蛋白的识别n泛素蛋白酶体系统对蛋白质的降解泛素蛋白酶体系统对蛋白质的降解N端原那么端原那么(N-end rule) : 蛋白质的半寿期与蛋白质的半寿期与N-末末端的氨基酸残基的关系。端的氨基酸残基的关系。蛋白质开场所成时，蛋白质开场所成时，N端的第一个氨基酸都是甲硫端的第一个氨基酸都是甲硫氨酸氨酸(细菌中为甲酰甲硫氨酸细菌中为甲酰甲硫氨酸)，合成后被特异的，合成后被特异的氨基肽酶水解，然后由氨酰氨基肽酶水解，然后由氨酰-tRNA蛋白质转移酶蛋白质转移酶(aminoacyl-tRNA-protein transferase) 把一个把一个信号氨基酸加到某些蛋白质的信号氨基酸加到某些蛋白质的N端，最终在蛋白质端，最终在蛋白质的的N端留下一个不稳定的或稳定的氨基酸残基。端留下一个不稳定的或稳定的氨基酸残基。N-末端氨基酸为蛋氨酸的蛋白质半衰期大于末端氨基酸为蛋氨酸的蛋白质半衰期大于20小小时时N-末端氨基酸为精氨酸的蛋白质半衰期仅末端氨基酸为精氨酸的蛋白质半衰期仅2分钟分钟1) 靶蛋白的选择靶蛋白的选择蛋白质半寿期与蛋白质半寿期与N N末端氨基酸序列的关系末端氨基酸序列的关系 N端氨基酸残基端氨基酸残基 半寿期半寿期t1/2 稳定的氨基酸残基稳定的氨基酸残基 Met，Gly，Ala，Ser ，Thr，Val 20h不稳定的氨基酸残基不稳定的氨基酸残基 Ile，Gln 30min Tyr，Glu 10min Pro 7min Leu，Phe，Asp，Lys 3min Arg 2min 1) 靶蛋白的选择靶蛋白的选择降解信号泛素化降解的对象：降解信号泛素化降解的对象：周期蛋白周期蛋白M期周期蛋白和期周期蛋白和G1期周期蛋白期周期蛋白 破坏破坏框框(destruction box)Arg-X-X-Leu-Gly-X-Ile-Gly-Asp/Asn (X：恣意氨：恣意氨基酸基酸)PEST序列序列Pro-Glu-Ser-Thr蛋白质疏水中心中的信号：蛋白质疏水中心中的信号：当发生变性、非正常折叠、被氧化或其他非正常修当发生变性、非正常折叠、被氧化或其他非正常修饰时，那么可暴露在分子外表，从而被泛素蛋白衔饰时，那么可暴露在分子外表，从而被泛素蛋白衔接酶接酶E3作为降解信号识别作为降解信号识别 1) 靶蛋白的选择靶蛋白的选择在真核细胞的细胞质基质中，识别蛋白质中不稳在真核细胞的细胞质基质中，识别蛋白质中不稳定的氨基酸残基信号，准确的将该种蛋白质降解，定的氨基酸残基信号，准确的将该种蛋白质降解，依赖于泛素。依赖于泛素。在蛋白质降解过程中，多个泛素分子共价结合到在蛋白质降解过程中，多个泛素分子共价结合到含有降解信号的蛋白质分子，然后含有降解信号的蛋白质分子，然后26S蛋白酶体蛋白酶体将靶蛋白完全水解。将靶蛋白完全水解。 2) 靶蛋白的泛素化靶蛋白的泛素化泛素泛素(Ubiquitin, Ub)一一种种普普遍遍存存在在于于真真核核细胞胞中中的的小小分分子子蛋蛋白白质，由由76个个氨氨基酸残基基酸残基组成。成。真真核核细胞胞中中，泛泛素素分分子子构构造造高高度度保保守守。酵酵母母和和人人类的的泛泛素素分分子子仅有有3个个氨氨基基酸酸残残基基的差的差别。X线衍衍射射分分析析，泛泛素素呈呈严密密的的球球状状构构造造，包包括括4个个片片层和和1个个螺螺旋旋，共共构构成成三三个个半半转角角 。热稳定蛋白定蛋白质2) 靶蛋白的泛素化靶蛋白的泛素化泛素泛素(Ubiquitin, Ub)泛泛素素经经过过共共价价键键与与其其它它蛋蛋白白质质相相结结合合。泛泛素素本本身身并并不不降降解解蛋蛋白白质质，它它仅仅作作为为一一个个标标签签标标志志需需求求被被降降解解的靶蛋白。的靶蛋白。泛泛素素羧羧基基端端的的 C-Gly76 与与蛋蛋白白质质或或下下一一个个泛泛素素分分子子 lys- 的的-氨氨基基共共价价衔衔接接，构构成成异异肽肽键键 (-isopeptide bond)，由，由ATP供能。供能。泛泛素素分分子子有有7个个赖赖氨氨酸酸残残基基K6，K11，K27，K29，K33，K48 和和K63，一一旦旦有有泛泛素素分分子子衔衔接接到到靶靶蛋蛋白白上上，下下一一个个泛泛素素分分子子的的羧羧基基端端又又可可以以衔衔接接到到前前一一个个泛泛素素分分子子的的赖赖氨氨酸酸残残基基上上，构构成成多多聚聚泛泛素素链链。 K48 型型泛泛素素链链和和 K29 型型泛泛素素链链进进入入蛋蛋白白酶酶体体降解途径。降解途径。各各个个泛泛素素分分子子单单体体之之间间衔衔接接的的位位点点主主要要是是 lys48，在某些情况下也能够是在某些情况下也能够是 lys63、lys29。2) 靶蛋白的泛素化靶蛋白的泛素化泛素泛素(Ubiquitin, Ub)依赖依赖ATP的酶促反响过程，涉及：的酶促反响过程，涉及：泛素活化酶泛素活化酶 ( E1)泛素结合酶泛素结合酶 ( E2)泛素蛋白质衔接酶泛素蛋白质衔接酶 ( E3)泛素包括三个步骤化泛素包括三个步骤化E1激活泛素分子激活泛素分子活化的泛素转移到活化的泛素转移到E2上上E2担任提供与靶蛋白结合的泛素分子担任提供与靶蛋白结合的泛素分子E2不识别靶蛋白不识别靶蛋白E3具有识别靶蛋白的功能具有识别靶蛋白的功能 - 在在E3的作用下，泛素分子转移到靶蛋白上的作用下，泛素分子转移到靶蛋白上靶蛋白标志了多个泛素分子，泛素化后，经过蛋白靶蛋白标志了多个泛素分子，泛素化后，经过蛋白酶体的作用被水解酶体的作用被水解进一步的循环产生多聚泛素进一步的循环产生多聚泛素2) 靶蛋白的泛素化靶蛋白的泛素化1. E1的作用下，泛素的作用下，泛素活化；活化；2. 泛素分子由泛素分子由E1转到到E2；3. E3将泛素将泛素转移到靶移到靶蛋白分子蛋白分子赖氨酸残基氨酸残基的的-NH2侧链上；上；4. 经过反复步反复步骤1 2 3，使靶蛋白多，使靶蛋白多聚泛素化聚泛素化,靶向蛋白靶向蛋白酶体；体；5. 靶蛋白被降解成小靶蛋白被降解成小的的肽片段；片段；靶靶蛋蛋白白的的泛泛素素化化分解信号：分解信号：26S 的蛋白酶体识别多聚泛素化的蛋白质的蛋白酶体识别多聚泛素化的蛋白质最少含最少含4个个G76-K48 异肽键的泛素链异肽键的泛素链26S蛋白酶体对底物的降解：蛋白酶体对底物的降解：processive方式，没有降解中间产物的释放方式，没有降解中间产物的释放降解产物：降解产物：325个氨基酸残基，其长度的分布呈对数正态分布。个氨基酸残基，其长度的分布呈对数正态分布。在在细细胞胞内内的的环环境境中中，蛋蛋白白酶酶体体的的肽肽产产物物是是不不稳稳定定的的，其其绝绝大大部部分分被被一一系系列列下下游游的的蛋蛋白白酶酶和和氨氨基基肽肽酶酶水水解解，构构成成自自在在氨基酸。氨基酸。3) 蛋白质酶体对泛素化蛋白质的降解蛋白质酶体对泛素化蛋白质的降解 26S蛋白酶体对靶蛋白的降解过程蛋白酶体对靶蛋白的降解过程a.26S蛋白蛋白酶体中体中19S调理理颗粒基底部的粒基底部的Rpt5等等亚单位位识别b. 与靶蛋白与靶蛋白衔接的多聚泛素接的多聚泛素链；b. 在在ATP水解供能的条件下，靶蛋白水解供能的条件下，靶蛋白变性、性、进入基底部。入基底部。 c. 靶蛋白靶蛋白经过基底部基底部Rpt2亚单位位调理的理的20S复合体的复合体的环口。口。d. 靶蛋白在催化腔内降解，生成短靶蛋白在催化腔内降解，生成短肽。e. 短短肽穿出催化腔。穿出催化腔。f. 在在19S调理理颗粒盖部粒盖部Rpn11的作用下，靶蛋白与多聚泛素的作用下，靶蛋白与多聚泛素 链发生去泛素化。生去泛素化。去泛素化酶去泛素化酶deubiquitinating enzymes，属于半胱氨酸，属于半胱氨酸蛋白酶家族，可分为两个构造上互不相关的基因家族：蛋白酶家族，可分为两个构造上互不相关的基因家族：泛素泛素C端水解酶家族端水解酶家族(ubiquitin C-terminal hydrolases ,UCH)泛素特异性蛋白酶家族泛素特异性蛋白酶家族ubiquitin-specific processing protease, UBP去泛素化酶具有以下功能：去泛素化酶具有以下功能：调理泛素前体产生有功能的泛素；调理泛素前体产生有功能的泛素；在在26S蛋白酶体降解蛋白质的过程中分解出泛素，促进泛素再蛋白酶体降解蛋白质的过程中分解出泛素，促进泛素再循环。循环。去泛素化酶纠正被错误泛素化的蛋白质，逆转泛素化反响，去泛素化酶纠正被错误泛素化的蛋白质，逆转泛素化反响，或修饰异常的多聚泛素构造，促进或修饰异常的多聚泛素构造，促进26S蛋白酶体的蛋白降解过蛋白酶体的蛋白降解过程正常化。程正常化。4) 去泛素化去泛素化 经过特异性的激活特异性的激活E3分子，分子，E3分子活化以后，可分子活化以后，可识别靶蛋白，靶蛋白，使靶蛋青使靶蛋青丝生相生相应的泛素化，从而靶蛋白成的泛素化，从而靶蛋白成为26S蛋白蛋白酶体体降解的靶向性信号。降解的靶向性信号。当当细胞接受来自胞接受来自细胞内、外的信号刺激后，在蛋白胞内、外的信号刺激后，在蛋白质中呵斥中呵斥降解信号，被降解信号，被E3识别。降解信号有多种方式：降解信号有多种方式：经过蛋白蛋白质特异位点特异位点发生磷酸化，暴露生磷酸化，暴露隐藏的降解信号；藏的降解信号；蛋白蛋白质的的亚单位受位受调理分理分别，暴露降解信号；，暴露降解信号；蛋白蛋白质的的肽键被切割，被切割，产生可被生可被E3识别的的“失失稳destabilizing的的N端残基，呵斥端残基，呵斥强大的降解信号。大的降解信号。 5) 靶蛋白降解的调控靶蛋白降解的调控 泛素泛素连结酶的活化的活化降解信号的活化降解信号的活化 靶靶蛋蛋白白降降解解的的两两种种调控控机机制制蛋白蛋白质磷酸化磷酸化与配体与配体结合合构象改构象改动结合蛋白合蛋白质亚单位构象改位构象改动蛋白蛋白质磷酸化磷酸化蛋白蛋白质亚单位分位分别后暴露降解信号后暴露降解信号肽键被切割后被切割后产生生失失稳的的N端残基端残基靶靶蛋蛋白白的的泛泛素素化化需需求求E1、E2、E3等等多多种种酶酶的的参参与与，E3在在选选择择靶靶蛋蛋白白的的特特异异性性中中起起关关键键作作用用。靶靶蛋蛋白白泛泛素素化化可可调理细胞周期、免疫应对、信号转导及分化进程等调理细胞周期、免疫应对、信号转导及分化进程等 。靶蛋白的种类广泛涉及靶蛋白的种类广泛涉及细胞周期调理因子细胞周期调理因子转录因子转录因子细胞骨架调理因子细胞骨架调理因子细胞外表受体细胞外表受体n泛素蛋白酶体途径参与的生物学作用泛素蛋白酶体途径参与的生物学作用思思 考考 题题1. 质膜的特性2. 蛋白酶体的构造3. 靶蛋白泛素识别的信号(N端原那么及降解信号) 4. 泛素-蛋白酶体对靶蛋白降解的过程