质膜和细胞质ppt课件

1、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)

2、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

3、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l糖脂亦为双亲性分子，其极性头为一个或糖脂亦为双亲性分子，其极性头为一个或 数个糖基，数个糖基，l 非极性的尾部为两条烃链。非极性的尾部为两条烃链。l不同类型糖脂的主要区别在于其极性头部的不同，它不同类型糖脂的主要区别在于其极性头部的不同，它 l 有一个或几个糖残基。有一个或几个糖残基。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一

4、、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

5、):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)蛋白质与膜脂的结合方式：、整合蛋白；蛋白质与膜脂的结合方式：、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白、脂锚定蛋白；、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GPI (glycosyl phosphotidylinositol)锚定膜锚定膜蛋白：蛋

6、白质的蛋白：蛋白质的C端经过磷酸乙端经过磷酸乙醇胺与醇胺与GPI共价结合，并借其烃共价结合，并借其烃链插入于质膜的外层中。例如，链插入于质膜的外层中。例如，癌胚抗原癌胚抗原CEA酰化蛋白质：蛋白质在酰化蛋白质：蛋白质在N端的端的Gly残基发生酰化，残基发生酰化，并以烃链插入于质膜的内层。如并以烃链插入于质膜的内层。如 Src蛋白。蛋白。异戊烯化蛋白质：蛋白质异戊烯化蛋白质：蛋白质C端或附近的半胱氨酸残端或附近的半胱氨酸残基的基的SH基与异戊二烯构成硫酯键，生成不饱基与异戊二烯构成硫酯键，生成不饱和烃链插入于质膜的内层。如和烃链插入于质膜的内层。如 Ras蛋白。蛋白。一、质膜的化学组成与分子构造

7、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 质膜的复合糖类质膜的复合糖类 糖蛋白糖蛋白(glycoprotein, GP) 为共价结合糖的蛋白质，其糖链为共价结合糖的蛋白质，其糖链为分支的寡糖链，可分为：为分支的寡糖链，可分为： N-衔接的糖蛋白：衔接的糖蛋白： 天冬酰胺残基的氮原子天冬酰胺残基的氮原

8、子-NH2与与N-乙酰氨基葡萄糖的寡糖链共乙酰氨基葡萄糖的寡糖链共价结合构成价结合构成-糖苷键的糖蛋白；糖苷键的糖蛋白； 糖基化位点：糖基化位点：Asn-X-Ser/Thr O-衔接的糖蛋白：衔接的糖蛋白： Ser/Thr残基中的羟基氧残基中的羟基氧(O)原子原子与与N-乙酰氨基半乳糖寡糖链共价乙酰氨基半乳糖寡糖链共价相连构成相连构成-糖苷键的糖蛋白；糖苷键的糖蛋白； 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

9、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 质膜的复合糖类质膜的复合糖类 糖脂糖脂(glycolipid,GL) 为共价结合糖链的脂质为共价结合糖链的脂质高等动物的糖脂主高等动物的糖脂主要为鞘糖脂要为鞘糖脂(glycosphingolipid,GSL) 脂质部分

10、为神经酰胺脂质部分为神经酰胺(ceramide,Cer ) 神经酰胺由神经鞘氨醇神经酰胺由神经鞘氨醇(sphingosine)与脂与脂肪酸构成肪酸构成 含唾液酸的鞘糖脂称为神经节苷脂含唾液酸的鞘糖脂称为神经节苷脂( 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

11、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

12、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质膜的分子构造模型 流动镶嵌模型流动镶嵌模型 (flu

13、id mosaic model) 膜脂分子的极性头向外、非极性尾向内，膜脂分子的极性头向外、非极性尾向内，尾对尾陈列，构成脂质双分子层；尾对尾陈列，构成脂质双分子层； 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； 内在蛋白经过疏水区镶嵌在脂质双分子层内在蛋白经过疏水区镶嵌在脂质双分子层中；中； 外在蛋白主要靠静电力与膜的内或外外表外在蛋白主要靠静电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“流动性和不对称性。流动性和不对称性。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

14、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)(rotati

15、on)：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 膜蛋白分子的运动膜蛋白分子的运动 侧向分散：许多膜侧向分散：许多膜蛋白在膜脂中自

16、在蛋白在膜脂中自在漂浮和在膜外表分漂浮和在膜外表分散散 旋转运动：围绕与旋转运动：围绕与膜平面垂直的轴进膜平面垂直的轴进展旋转运动展旋转运动二、质膜的特性二、质膜的特性 质膜的流动性质膜的流动性 影响膜流动性的要素影响膜流动性的要素 脂肪酸链的长度与不饱和度的影响：脂肪酸链越脂肪酸链的长度与不饱和度的影响：脂肪酸链越短、不饱和度越高，流动性越大。短、不饱和度越高，流动性越大。 胆固醇的影响：降低细胞膜的流动性胆固醇的影响：降低细胞膜的流动性 卵磷脂和鞘磷脂比例的影响：卵磷脂不饱和程度卵磷脂和鞘磷脂比例的影响：卵磷脂不饱和程度高，卵磷脂和鞘磷脂比例升高，膜的流动性添加。高，卵磷脂和鞘磷脂比例升高

17、，膜的流动性添加。 蛋白质的影响：膜蛋白与膜脂分子的相互作用影蛋白质的影响：膜蛋白与膜脂分子的相互作用影响了膜的流动性。膜内在蛋白越多，膜的流动性响了膜的流动性。膜内在蛋白越多，膜的流动性就越小。就越小。 其它要素：温度、离子浓度等。其它要素：温度、离子浓度等。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

18、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、

19、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

20、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 溶酶体内降解过程溶酶体内降解过程 不依赖不依赖ATPATP 利用组织蛋白酶利用组织蛋白酶(cathepsin)(cathepsin)降解降解 外源性蛋白外源性蛋白 膜蛋白膜蛋白 长寿命的细胞内蛋白长寿命的细胞内蛋白 依赖泛素依赖泛素(Ubiquitin- (Ubiquitin- proteasome pathway proteasome pathway，

21、UPP) UPP)的降解过程的降解过程 依赖依赖ATPATP 降解降解 异常蛋白异常蛋白 短寿命蛋白短寿命蛋白 需求进展数量调控的蛋白质需求进展数量调控的蛋白质靶蛋白靶蛋白蛋白酶体蛋白酶体泛素泛素The ubiquitin-proteasome systemNobel prize in chemistry, 2019Avram HershkoAaron CiechanoverIrwin Rose真核细胞中蛋白酶体存在于细胞真核细胞中蛋白酶体存在于细胞质和细胞核质和细胞核, ,是真核细胞中分解内源是真核细胞中分解内源性蛋白质的主要酶系统性蛋白质的主要酶系统真核细胞中蛋白酶体在密度梯度真核细胞中蛋

22、白酶体在密度梯度离心中的沉降系数为离心中的沉降系数为26S26S，故又称其，故又称其为为26S26S蛋白酶体蛋白酶体26S26S蛋白酶体由一个蛋白酶体由一个20S20S中心颗粒中心颗粒CPCP和和1-21-2个个19S19S调理颗粒调理颗粒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蛋白酶体中心颗粒的沉降系数为蛋白酶体中心颗粒的沉降系数为20S，又称又称20S蛋白酶体，是蛋白酶体，是26S蛋白酶体的催化蛋白酶体的催化中心中心20S蛋白酶由蛋白酶由4个环组成，每个环有个环组成，每个环有7个亚个亚单位单位中间两个内环是中间两个内环是亚单位环，组成中心

23、腔亚单位环，组成中心腔central cavity, CC，腔内侧是催化活，腔内侧是催化活性位点所在性位点所在外环是外环是亚单位环，组成外腔亚单位环，组成外腔 (antechamer, AC)，构成入口，控制底物的进出，仅允许，构成入口，控制底物的进出，仅允许解折叠的多肽经过。中心腔经过一狭窄缢解折叠的多肽经过。中心腔经过一狭窄缢痕，缢痕与痕，缢痕与亚单位和亚单位和亚单位相连亚单位相连真核真核20S 蛋白酶体由两蛋白酶体由两个旋转方向相反的环构个旋转方向相反的环构成二聚体构造。成二聚体构造。 1) 20S蛋白酶体蛋白酶体 亚单位亚单位 真核生物中，真核生物中，20S蛋白酶体的蛋白酶体的亚单位环

24、上各有亚单位环上各有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，经本身剪切，亚单位以前体方式存在，经本身剪切，使活性中心的苏氨酸残基暴露于成熟亚单位的使活性中心的苏氨酸残基暴露于成熟亚单位的N-端端 亚单位环上亚单位环上3个活性位点分别对蛋白质的疏水性、个活性位点分别对蛋白质的疏水性、碱性、酸性氨基酸残基的羧基端进展水解，即分碱性、酸性氨基酸残基的羧基端进展水解，即分别具有别具有 糜蛋白酶样糜蛋白酶样chymotrypsin-like活性活性 胰蛋白酶样胰蛋白酶样trypsin-like活性活性 肽肽

25、-谷氨酰谷氨酰-肽水解肽水解 (peptidylglutamyl-peptide hydrolysing，PGPH)活性活性1) 20S蛋白酶体蛋白酶体 亚单位亚单位1) 20S蛋白酶体蛋白酶体b5/K33b5/K33疏水性疏水性-aa糜蛋白酶样活性糜蛋白酶样活性b2/ D17b2/ D17碱性碱性-aa胰蛋白酶样活性胰蛋白酶样活性b1/T1b1/T1 酸性酸性-aa肽谷氨酰肽水解活性肽谷氨酰肽水解活性亚单位亚单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酶活性1) 20S蛋白酶体蛋白酶体 亚单位亚单位 控制被降解底物进入蛋白酶体控制被降解底物进入蛋白酶体 环中央口被环中央口被亚单位亚

26、单位N末端肽链所占据，这使外末端肽链所占据，这使外侧的侧的环完全封锁，防止细胞内不应被水解的蛋环完全封锁，防止细胞内不应被水解的蛋白质进入圆筒状构造内部与酶的催化部位相接触白质进入圆筒状构造内部与酶的催化部位相接触而遭到水解破坏而遭到水解破坏 3亚单位控制亚单位控制环的封锁，与其它环的封锁，与其它亚单位的亚单位的N末末端相互作用端相互作用 环的环的7个亚单位均无催化活性，但它们可提供不个亚单位均无催化活性，但它们可提供不同调理亚单位复合体同调理亚单位复合体19S或或11S复合体等的锚复合体等的锚定位点定位点 亚单位含核定位信号，可标定蛋白酶体进入核亚单位含核定位信号，可标定蛋白酶体进入核内内

27、允许降解产物出蛋白酶体允许降解产物出蛋白酶体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衔接基底部和盖部参与靶蛋白的识别参与靶蛋白的识别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

28、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)，合成后被特异的氨，合成后被特异的氨基肽酶水解，然后由氨酰基肽酶水解，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

29、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

30、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

31、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) 一种普遍存在于真核细胞中一种普遍存在于真

32、核细胞中的小分子蛋白质，由的小分子蛋白质，由76个氨个氨基酸残基组成。基酸残基组成。 真核细胞中，泛素分子构造真核细胞中，泛素分子构造高度保守。酵母和人类的泛高度保守。酵母和人类的泛素分子仅有素分子仅有3个氨基酸残基个氨基酸残基的差别。的差别。 X线衍射分析，泛素呈严密线衍射分析，泛素呈严密的球状构造，包括的球状构造，包括4个个片层片层和和1个个螺旋，共构成三个半螺旋，共构成三个半转角转角 。 热稳定蛋白质热稳定蛋白质2) 靶蛋白的泛素化靶蛋白的泛素化 泛素泛素(Ubiquitin, Ub) 泛素经过共价键与其它蛋白质相结合。泛素本身泛素经过共价键与其它蛋白质相结合。泛素本身并不降解蛋白质，它

33、仅作为一个标签标志需求被并不降解蛋白质，它仅作为一个标签标志需求被降解的靶蛋白。降解的靶蛋白。 泛素羧基端的泛素羧基端的 C-Gly76 与蛋白质或下一个泛素分与蛋白质或下一个泛素分子子 lys- 的的-氨基共价衔接，构成异肽键氨基共价衔接，构成异肽键 (-isopeptide bond)，由，由ATP供能。供能。 泛素分子有泛素分子有7个赖氨酸残基个赖氨酸残基K6，K11，K27，K29，K33，K48 和和K63，一旦有泛素分子衔接，一旦有泛素分子衔接到靶蛋白上，下一个泛素分子的羧基端又可以衔到靶蛋白上，下一个泛素分子的羧基端又可以衔接到前一个泛素分子的赖氨酸残基上，构成多聚接到前一个泛素

34、分子的赖氨酸残基上，构成多聚泛素链。泛素链。 K48 型泛素链和型泛素链和 K29 型泛素链进入蛋白型泛素链进入蛋白酶体降解途径。酶体降解途径。 各个泛素分子单体之间衔接的位点主要是各个泛素分子单体之间衔接的位点主要是 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

35、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转到转到E2；3. E3将泛素转移到靶

36、将泛素转移到靶蛋白分子赖氨酸残基蛋白分子赖氨酸残基的的-NH2侧链上；侧链上；4. 经过反复步骤经过反复步骤1 2 3，使靶蛋白多聚泛，使靶蛋白多聚泛素化素化,靶向蛋白酶体；靶向蛋白酶体；5. 靶蛋白被降解成小靶蛋白被降解成小的肽片段；的肽片段；靶蛋白的泛素化靶蛋白的泛素化 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

37、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。 在细胞内的环境中，蛋白酶体的肽产物是不稳定的，其绝在细胞内的环境中，蛋白酶体的肽产物是不稳定的，其绝大部分被一系列下游的蛋白酶和氨基肽酶水解，构成自在大部分被一系列下游的蛋白酶和氨基肽酶水解，构成自在氨基酸。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26S蛋白酶体中蛋白酶体中19S调理颗粒基底部的调理颗粒基底部的Rpt5等亚单位识别等亚单位识别 与靶蛋白衔接的多聚泛素链；与靶蛋白衔接的多聚泛素链；b. 在在ATP水解供能的条件

38、下，靶蛋白变性、进入基底部。水解供能的条件下，靶蛋白变性、进入基底部。 c. 靶蛋白经过基底部靶蛋白经过基底部Rpt2亚单位调理的亚单位调理的20S复合体的环口。复合体的环口。d. 靶蛋白在催化腔内降解，生成短肽。靶蛋白在催化腔内降解，生成短肽。e. 短肽穿出催化腔。短肽穿出催化腔。f. 在在19S调理颗粒盖部调理颗粒盖部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。链发生去泛素化。 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