质膜和细胞质.ppt

《质膜和细胞质.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《质膜和细胞质.ppt（56页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

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结构质膜的化学组成与分子结构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，有特定的结构是细胞的支架，有特定的结构质膜是包围在细胞表面的一层极薄的膜。电镜下厚度为质膜是包围在细胞表面的一层极薄的膜。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为细胞的生命活动提供了相对恒定的内环境内膜系统：内膜系统：内质网、高尔基体、胞内体、内质网、高尔基体、胞内体、溶酶体

2、、微体（过氧化物酶体）溶酶体、微体（过氧化物酶体）以及各种膜性小泡等以及各种膜性小泡等双层膜包绕的细胞器双层膜包绕的细胞器：线粒体、细胞核线粒体、细胞核生物膜生物膜(biomembrane)细胞内的所有膜相结构细胞内的所有膜相结构一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构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结构模型质膜的分子结构模型一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构膜质的脂类膜质的脂类生物膜上的脂类称为生物膜上的脂类称为膜脂（膜脂（membrane lipid）主要有三类主要有三类:磷脂磷脂(phospholip

3、id)胆固醇胆固醇(cholesterol)糖脂糖脂(glycolipid)膜脂形成生物膜的基本骨架膜脂形成生物膜的基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这种一端亲水一端疏水的分子称为双双亲性分子亲性分子（amphipathie molecule）或）或兼性分子兼性分子。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结构一、质膜的化学组成与分子结构l 膜质的脂类膜质的脂类一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构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

4、双层(bilayer)一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构质膜的蛋白质质膜的蛋白质膜蛋白承担和执行质膜的各种功能，不同的细胞其膜膜蛋白承担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。蛋白的含量有极大差别。动物细胞质膜上包含各种动物细胞质膜上包含各种酶蛋白酶蛋白、载体载体和和通道蛋白通道蛋白、受体蛋白受体蛋白等。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 pro

5、teins)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：蛋白质与膜脂的结合方式：、整合蛋白；整合蛋白；、脂锚定蛋白；脂锚定蛋白；、外周蛋白外周蛋白一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构l质膜的蛋白质质膜的蛋白质一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构质膜的复合糖类质膜的复合糖类糖蛋白糖蛋白糖蛋白糖蛋白(glycoprotein,GP)(glycoprotein,GP)蛋白聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoplycan,PG)(proteoplycan,PG)糖脂糖脂糖脂糖脂(gly

6、colipid,GL)(glycolipid,GL)一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构质膜的复合糖类质膜的复合糖类 糖蛋白糖蛋白糖蛋白糖蛋白(glycoprotein,GP)(glycoprotein,GP)为共价结合糖的蛋白质，其糖链为分支为共价结合糖的蛋白质，其糖链为分支的寡糖链，可分为：的寡糖链，可分为：N-连接的糖蛋白：连接的糖蛋白：天天冬冬酰酰胺胺残残基基的的氮氮原原子子（-NH2）与与N-乙乙酰酰氨氨基基葡葡萄萄糖糖的的寡寡糖糖链链共共价价结结合合形形成成-糖糖苷苷键键的糖蛋白；的糖蛋白；糖基化位点：糖基化位点：Asn-X-Ser/ThrO-连接的糖蛋白：连接

7、的糖蛋白：Ser/Thr残残基基中中的的羟羟基基氧氧(O)原原子子与与N-乙乙酰酰氨氨基基半半乳乳糖糖寡寡糖糖链链共共价价相相连连形形成成-糖糖苷苷键键的的糖糖蛋白；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结构一、质膜的化学组成与分子结构质膜的复合糖类质膜的复合糖类蛋白聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoplycan,PG)(proteoplycan,PG)由核心蛋白质核心蛋白质与一至数百条糖链糖链共价结合构成，其糖链为无分支的直链多糖糖链为无分支的直链多糖，主要由重复的二糖单位二糖单位构成，由于其二糖单位中普遍含有氨基糖氨基糖（GlcNAc或G

8、alNAc）故称为氨基聚糖氨基聚糖(Glycosaminoglycan,GAG)。一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构质膜的复合糖类质膜的复合糖类糖脂糖脂糖脂糖脂(glycolipid,GL)(glycolipid,GL)为共价结合糖链的脂质为共价结合糖链的脂质 高等动物的糖脂主要为高等动物的糖脂主要为鞘鞘糖脂糖脂(glycosphingolipid,GSL)脂质部分为脂质部分为神经酰胺神经酰胺(ceramide,Cer)神经酰胺由神经酰胺由神经鞘氨醇神经鞘氨醇(sphingosine)与脂肪酸构成与脂肪酸构成含唾液酸的鞘糖脂称为含唾液酸的鞘糖脂称为神经节苷脂神经节苷脂(g

9、anglioside,Gg)一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构质膜的复合糖类质膜的复合糖类脂双分子层的结构与特性脂双分子层的结构与特性脂分子均具有脂分子均具有亲水的极水性头部亲水的极水性头部和和疏水的非极性尾疏水的非极性尾部部形成形成兼性分子兼性分子细胞外被细胞外被细胞外被细胞外被(cell coat):(cell coat):富含糖类物质，故又称为糖萼（富含糖类物质，故又称为糖萼（富含糖类物质，故又称为糖萼（富含糖类物质，故又称为糖萼（glycocalyxglycocalyx）。）。）。）。一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构质膜的复合糖类质膜的复合

10、糖类糖萼的糖链结构复杂多变，糖萼的糖链结构复杂多变，糖萼的糖链结构复杂多变，糖萼的糖链结构复杂多变，可编码大量信息。可编码大量信息。可编码大量信息。可编码大量信息。糖萼所携带的密码可能和遗传密码一样重要糖萼所携带的密码可能和遗传密码一样重要糖萼所携带的密码可能和遗传密码一样重要糖萼所携带的密码可能和遗传密码一样重要，因为它负责着细胞赖以生存的无数种识别功能。因为它负责着细胞赖以生存的无数种识别功能。因为它负责着细胞赖以生存的无数种识别功能。因为它负责着细胞赖以生存的无数种识别功能。动物细胞糖萼的特点是含有大量的动物细胞糖萼的特点是含有大量的动物细胞糖萼的特点是含有大量的动物细胞糖萼的特点是含有

11、大量的唾液酸唾液酸唾液酸唾液酸、硫硫硫硫酸化糖基酸化糖基酸化糖基酸化糖基、糖醛酸糖醛酸糖醛酸糖醛酸等带负电荷的糖残基，因而等带负电荷的糖残基，因而等带负电荷的糖残基，因而等带负电荷的糖残基，因而使使使使细胞表面呈现为负电性细胞表面呈现为负电性细胞表面呈现为负电性细胞表面呈现为负电性。一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构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，增强膜蛋白对细胞外基质中蛋白提高膜的稳定性，增强膜蛋白对细胞外基质中蛋白酶的抗性；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

12、。细菌和病毒感染时的识别和结合位点。质膜的分子结构模型质膜的分子结构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结构一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构一、质膜的化学组成与分子结构质膜的分子结构模型质膜的分子结构模型流动镶嵌模型流动镶嵌模型(fluid mosaic model)膜脂分子的极性头向外、非极性尾向内，尾对尾排膜脂分子的极性头向外、非极性尾向内，尾对尾排列，形成列，形成脂质双分子层脂质双分子层；膜蛋白由内在蛋白和外在蛋白构成；

13、膜蛋白由内在蛋白和外在蛋白构成；内在蛋白通过疏水区镶嵌在脂质双分子层中；内在蛋白通过疏水区镶嵌在脂质双分子层中；外在蛋白主要靠静电力与膜的内或外表面相互作用；外在蛋白主要靠静电力与膜的内或外表面相互作用；生物膜具有生物膜具有“流动性流动性”和和不对称性不对称性。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因素影响膜脂流动性和膜蛋

14、白运动性的各种因素二、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.侧向扩散侧向扩散(lateral diffusion)：在同一个单分子层内脂类分子：在同一个单分子层内脂类分子与其邻近的分子交换位置。与其邻近的分子交换位置。2.自自旋旋运运动动(rotation)：脂脂分分子子围围绕绕与与膜膜平平面面垂垂直直的的纵纵轴轴进进行行的的旋转运动。旋转运动。3.弯曲运动弯曲运动(flexion)或摆动或摆动：膜脂分子尾部的左右摆动：膜脂分子尾部的左右摆动4.伸缩振荡运动伸缩振荡运动5.翻翻转转运运动动(flip-flop)：膜膜脂脂分分子子从从脂脂双双层层的的一一

15、层层翻翻转转到到另另一一层层的运动。的运动。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保护和屏障作用质膜的保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、连接和通讯质膜与细胞的识别和粘合、连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通过表面糖蛋白通过表面糖蛋白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帮助下，病

16、毒外膜与宿主细胞膜融合，进入宿主细胞内。帮助下，病毒外膜与宿主细胞膜融合，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水、无机离子等小分子脂类糖类氨基酸核苷酸及其衍生物等中等分子蛋白质、RNA、多糖等大分子蛋白质约占2030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.中间代谢过程中间代谢过程 糖酵解过程糖酵解过

17、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始合成多数蛋白质在细胞质基质中的核糖核蛋白体上开始合成;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)(catheps

18、in)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，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要进行数量调控的蛋白质需要进行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,2004Avram HershkoAaron CiechanoverIrwin Ro

19、se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核核心心颗颗粒粒（CPCP）和和1-21-2个个19S19S调调节节颗颗粒粒（RPRP）组成组成活性部位活性部位26S蛋白酶体蛋白酶体 n蛋白酶体的结构蛋白酶体的结构26S蛋蛋白白酶酶体体核核心心颗颗粒粒的的沉沉降降系系数数为为20

20、S，又又称称20S蛋蛋白白酶酶体体，是是26S蛋蛋白白酶酶体体的的催催化化核心核心20S蛋蛋白白酶酶由由4个个环环组组成成，每每个个环环有有7个个亚亚单单位位中中间间两两个个内内环环是是亚亚单单位位环环，组组成成中中心心腔腔（central cavity,CC），腔腔内内侧侧是是催催化化活活性位点性位点所在所在外外 环环 是是 亚亚 单单 位位 环环，组组 成成 外外 腔腔 (antechamer,AC)，形形成成入入口口，控控制制底底物物的的进进出出，仅仅允允许许解解折折叠叠的的多多肽肽通通过过。中中心心腔腔通通过过一一狭狭窄窄缢缢痕痕，缢缢痕痕与与亚亚单单位位和和亚亚单位相连单位相连真真核

21、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形形成二聚体结构。成二聚体结构。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，2020S蛋白酶体的蛋白酶体的亚单位环上各有亚单位环上各有3个活性个活性位点位点(5/K335/K33，2/D172/D17，1/T11/T1)，共，共6个活性位点个活性位点3个活性个活性-亚单位以前体形式存在，经自身剪切，使活性中心的亚单位以前体形式存在，经自身剪切，使活性中心的苏苏氨酸残基暴露于成熟亚单位的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个活性位点分别对蛋白质的疏水性、碱性、酸性氨

22、疏水性、碱性、酸性氨基酸残基的羧基端进行水解基酸残基的羧基端进行水解，即分别具有，即分别具有糜蛋白酶样（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-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5/K335/K33疏水性疏水性-aa糜蛋白酶样活性糜蛋白酶样活性2/D172/D17碱性碱性-aa胰蛋白酶样活性胰蛋白酶样活性1/T11/T1 酸性酸性-aa肽谷氨酰肽水解活性肽谷氨酰肽

23、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环中中央央口口被被亚亚单单位位N末末端端肽肽链链所所占占据据，这这使使外外侧侧的的环环完完全全关关闭闭，防防止止细细胞胞内内不不应应被被水水解解的的蛋蛋白白质质进进入入圆圆筒筒状状结结构构内内部部与与酶酶的的催催化化部部位位相接触而遭到水解破坏相接触而遭到水解破坏3亚单位控制亚单位控制环的关闭，与其它环的关闭，与其它亚单位的亚单位的N末端相互作用末端相互作用环环的的7个个亚亚单单位位均均无无催催化化活活性性，但但它它们们可可提提供供

24、不不同同调调节节亚亚单单位位复复合合体（体（19S或或11S复合体等）的锚定位点复合体等）的锚定位点亚单位含核定位信号，可标定蛋白酶体进入核内亚单位含核定位信号，可标定蛋白酶体进入核内允许降解产物出蛋白酶体允许降解产物出蛋白酶体2)19S调节颗粒调节颗粒19S调节颗粒位于调节颗粒位于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个不同的亚单位构成，这些亚，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 subcomple

25、x)去泛素化作用去泛素化作用连接基底部和盖部连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端原则端原则(N-end rule):蛋白质的半寿期与蛋白质的半寿期与N-末端末端的氨基酸残基的关系。的氨基酸残基的关系。蛋白质开始合成时，蛋白质开始合成时，N端的第一个氨基酸都是端的第一个氨基酸都是甲硫氨酸甲硫氨酸(细菌中为细菌中为甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸)，合成后被特异的，合成后被特异的氨基肽酶氨基肽酶水水解，然后由解，然后由氨酰氨酰-tRNA蛋白质转移酶蛋白质转移酶(aminoacyl-tRNA-protein transferase

26、)把把一个信号氨基酸加到某一个信号氨基酸加到某些蛋白质的些蛋白质的N端端，最终在蛋白质的，最终在蛋白质的N端留下一个端留下一个不稳定不稳定的或稳定的氨基酸残基的或稳定的氨基酸残基。N-末端氨基酸为末端氨基酸为蛋氨酸蛋氨酸的蛋白质半衰期的蛋白质半衰期大于大于20小时小时N-末端氨基酸为末端氨基酸为精氨酸精氨酸的蛋白质半衰期的蛋白质半衰期仅仅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

27、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）破坏框破坏框(destruction box)Arg-X-X-Leu-Gly-X-Ile-Gly-Asp/Asn(X：任意氨基酸：任意氨基酸)PEST序列（序列（Pro-Glu-Ser-Thr）蛋白质疏水核心中的信号：蛋白质疏水核心中的信号：当发生变性、非正常折叠、被氧化

28、或其他非正常修饰时，当发生变性、非正常折叠、被氧化或其他非正常修饰时，则可暴露在分子表面，从而被泛素蛋白连接酶则可暴露在分子表面，从而被泛素蛋白连接酶E3作为降作为降解信号识别解信号识别 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，在蛋白质降解过程中，多个泛素分子共价结合到多个泛素分子共价结合到含有降解信号的蛋白质分子含有降解信号的蛋白质分子，然后，然后26S蛋白酶体蛋白酶体将靶蛋白完全水解。将靶蛋

29、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细胞胞中中的的小小分分子蛋白质，由子蛋白质，由76个氨基酸残基个氨基酸残基组成。组成。真真核核细细胞胞中中，泛泛素素分分子子结结构构高高度度保保守守。酵酵母母和和人人类类的的泛泛素素分分子子仅仅有有3个个氨基酸残基的差异氨基酸残基的差异。X线线衍衍射射分分析析，泛泛素素呈呈紧紧密密的的球球状状结结构构，包包括括4个个片片层层和和1个个螺螺旋旋，共共形成形成三个半转角三个半转角。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)泛泛素素通

30、通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，它仅作为一个它仅作为一个标签标记标签标记需要被降解的靶蛋白。需要被降解的靶蛋白。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-氨氨基基共价连接共价连接，形成，形成异肽键异肽键(-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连连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

31、基端端又又可可以以连连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，形形成成多多聚聚泛泛素素链链。K48 型泛素链和型泛素链和 K29 型泛素链进入蛋白酶体降解途径。型泛素链进入蛋白酶体降解途径。各各个个泛泛素素分分子子单单体体之之间间连连接接的的位位点点主主要要是是 lys48，在在某某些些情情况况下下也也可能是可能是 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的酶促反应过程，涉及：的酶促反应过程，涉及：泛素活化酶泛素活化酶(E1)泛素结合酶泛素结合酶(E2)泛素蛋白质连接酶泛素蛋白质连接酶(E3)泛素包括三

32、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负责提供与靶蛋白结合的泛素分子负责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记了多个泛素分子，泛素化后，通过蛋白酶体的作用被水解靶蛋白标记了多个泛素分子，泛素化后，通过蛋白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.

33、E3将泛素转移到靶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.通过重复步骤通过重复步骤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；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方式方式，没有降解中间产物的释放，没有降解中间产物的释放降解产物：降解产物：325个氨基

34、酸残基个氨基酸残基，其长度的分布呈对数正态分布。，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系列下游的蛋白酶和氨基肽酶水解，一系列下游的蛋白酶和氨基肽酶水解，形成自由氨基酸形成自由氨基酸。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蛋白酶体中蛋白酶体中19S调节颗粒基底部的调节颗粒基底部的Rpt5等亚单位等亚单位识别识别 与靶蛋白连接的多聚泛素链；与靶蛋白连接的多聚泛素链；b.在在ATP水解供能的条件下，靶

35、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.靶蛋白通过基底部靶蛋白通过基底部Rpt2亚单位亚单位调节的调节的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调节颗粒盖部调节颗粒盖部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，可分为两个结构上互不相关的基因家族：蛋白酶家族，可分为两个结构上互不相关的基因家

36、族：泛素泛素C端水解酶端水解酶家族家族(ubiquitin C-terminal hydrolases,UCH)泛素特异性蛋白酶泛素特异性蛋白酶家族（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：调节泛素前体产生有功能的泛素；调节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，促进泛素再循环。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。去泛素化酶纠正被错误泛素化的蛋白质，逆转泛素化反应，或修饰异去泛素化酶纠正被错误泛素化的蛋白质，逆转泛素化反应，或修饰异常的多聚泛素

37、结构，促进常的多聚泛素结构，促进26S蛋白酶体的蛋白降解过程正常化。蛋白酶体的蛋白降解过程正常化。4)去泛素化去泛素化 通过特异性的通过特异性的激活激活E3分子分子，E3分子活化以后，可识别靶蛋白，分子活化以后，可识别靶蛋白，使靶蛋白发生相应的泛素化，从而靶蛋白成为使靶蛋白发生相应的泛素化，从而靶蛋白成为26S蛋白酶体蛋白酶体降解的靶向性信号。降解的靶向性信号。当细胞接受来自细胞内、外的信号刺激后，在蛋白质中造成当细胞接受来自细胞内、外的信号刺激后，在蛋白质中造成降解信号，被降解信号，被E3识别。识别。降解信号有多种方式：降解信号有多种方式：通过蛋白质特异位点发生通过蛋白质特异位点发生磷酸化磷

38、酸化，暴露隐藏的降解信号；，暴露隐藏的降解信号；蛋白质的亚单位蛋白质的亚单位受调节分离受调节分离，暴露降解信号；，暴露降解信号；蛋白质的蛋白质的肽键被切割肽键被切割，产生可被，产生可被E3识别的识别的“失稳失稳”（destabilizing）的的N端残基端残基，造成强大的降解信号。，造成强大的降解信号。5)靶蛋白降解的调控靶蛋白降解的调控 泛素连结酶的活化泛素连结酶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调控控机机制制蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化与配体结合与配体结合构象改变构象改变结合蛋白质亚结合蛋白质亚单位构象改变单位构象改变蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化蛋白质亚单位分离

39、蛋白质亚单位分离后暴露降解信号后暴露降解信号肽键被切割后产生肽键被切割后产生失稳的失稳的N端残基端残基靶靶蛋蛋白白的的泛泛素素化化需需要要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节细胞周期、免疫应答、信号转导及分化进程等调节细胞周期、免疫应答、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节因子细胞周期调节因子转录因子转录因子细胞骨架调节因子细胞骨架调节因子细胞表面受体细胞表面受体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.质膜的特性质膜的特性2.蛋白酶体的结构蛋白酶体的结构3.靶蛋白泛素识别的信号靶蛋白泛素识别的信号(N端原则及降解信号端原则及降解信号)4.泛素泛素-蛋白酶体对靶蛋白降解的过程蛋白酶体对靶蛋白降解的过程