分子细胞与组织：蛋白质降解相关细胞器

1、1,细胞质 cytoplasm,细胞内蛋白质的准备,STEP1 蛋白质合成,STEP3 运输targeting,运输到正确的目的地,STEP2 蛋白质折叠、装配和加工修饰,填加功能基团,氨基酸-氨基酸。,STEP4 降解Degradation,被蛋白水解酶再水解为氨基酸,折叠成高级结构、亚基的装配；,3,膜结合核糖体上合成的蛋白质是：,线粒体 细胞核 过氧化物酶体,内质网,高尔基体,质膜,溶酶体,细胞外基质,分泌性蛋白质,两种核糖体合成的蛋白质,游离核糖体合成的蛋白质是：,4,蛋白质降解（degradation),蛋白质被蛋白水解酶（protease)催化，降解为短肽或氨基酸,Removal

2、of protein（清除） Breakdown of protein（降解） Digestion of Protein（消化） Turnover of protein:degradation and generation（蛋白质更新：降解和产生）,4,G,V,Y,V,E,C,H,S-L-Y-Q,*蛋白质数量的控制环节,*蛋白质质量的控制环节,*大分子合成的原料来源之一.,蛋白质为什么降解？,多余的,快速应答应激的,不需要的,错误的,“外来的”,蛋白质降解有2条途径 I.溶酶体途径 II.蛋白酶体途径,7,哪个细胞结构 Which specialized organelle(s)?,经过什么过

3、程降解 What processes?,不同蛋白质会选择不同的降解途径吗？Which kind of proteins go certain way?,蛋白质降解的相关问题,第七章 蛋白质降解相关细胞结构,溶酶体降解途径相关细胞器I、溶酶体（lysosome）,9,9,for their discoveries concerning the structural and functional organization of the cell.,MLA style: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1974.N.Nob

4、el Media AB 2014. Web. 18 Mar 2015. ,George E. Palade,The Nobel Prize in Physiology and medicine, 1974,“method”,Lysosome, peroxisome,Ribosome RER,Albert Claude Christian de Duve,溶酶体形态和特性,*单层膜包围的小囊泡,*形态的多型性 大小，形态、密度不一,*有较高电子密度,结构 特征 (1)特别的膜： *质子泵，腔内酸性（pH=5)； * 膜蛋白：高度糖基化; (2)特别的腔： 酸性水解酶，水解几乎所有大分子,11,溶

5、酶体是细胞内消化的主要场所,非吞噬细胞,吞噬细胞 白细胞，巨噬细胞等,内体（endosome) 含内吞的液体、颗粒 内体膜：膜蛋白,早期内体（early endosome) 靠近细胞膜；内吞过程开始时经由的小的、不规则的细胞器。,晚期内体(late endosome) 靠近溶酶体； 内环境开始变为酸性； 内吞物质开始消化的部位。,溶酶体,晚期内体,多泡体,胞吞物质和膜物质需要进入溶酶体降解,早期内体,细胞外液体/质膜,溶酶体,自噬溶酶体,自噬小体 autophagosome,自噬溶酶体 autolysosome,细胞内物质（细胞器和胞内蛋白） 需要进入溶酶体降解-自噬（autophagy),1

6、.双层膜包围的胞质物质， phagophore,自噬是一个受精确调控的过程,细胞器的自噬,细胞内物质（细胞器和胞内蛋白） 需要进入溶酶体降解-自噬（autophagy),1.清除衰老、损伤细胞器及蛋白质； 2. 产生营养物及能量。 细胞更新和细胞稳态,饥饿细胞的自噬,自噬小体,自噬溶酶体,胰岛素分泌细胞,分泌自噬泡,15,溶酶体是细胞内消化的主要场所,非吞噬细胞,吞噬细胞 白细胞，巨噬细胞等,16,* 细胞器 * 一些细胞质蛋白质,哪种物质选择这种途径?,* 胞吞物质,16,哪个细胞结构？,经过什么过程降解？,溶酶体降解途径,自噬,自噬小体,自噬溶酶体,胞吞,内体,溶酶体,* 质膜,第七章 蛋

7、白质降解相关细胞结构,蛋白酶体降解途径相关细胞结构II、蛋白酶体（Proteasome）,18,18,Q1.为什么有的蛋白质降解需要能量ATP？,The Cell - a teeming mini-workshop In the cell, proteins are being built up and broken down all the time. For everything to function optimally, the cell also has an integral checkpoint where the composition of various proteins

8、is controlled. Unlike in the spontaneous protein breakdown that food undergoes in our intestines, breaking down proteins inside cells requires energy. This was long a research mystery.,Q2.谁决定特定的蛋白质要降解?,The Nobel Prize in Chemistry 2004 /nobel_prizes/chemistry/laureates/2004/i

9、llpres/2_cell.html,19,泛素化（修饰）蛋白质，泛素连接的蛋白质 Ubiquitin-linked protein ubiquitinated protein, ubiquitination modification of protein 至少4个泛素共价连接在靶蛋白 或底物蛋白质，为多聚泛素化修饰,protein,一些泛素连接的蛋白质需要降解 （ubiquitin-linked proteins）,泛素（Ubiquitin）: 多肽或小蛋白, 细胞内普遍存在， 各种生物的细胞都有。,20,20,结构：中空桶状(cylinder),20S 核心颗粒 蛋白质水解酶，,19S 调

10、节颗粒 识别要降解的蛋白质,无膜包围，遍布，电镜下不可见。 (绿色荧光染色蛋白质，显示）,泛素连接蛋白质 需要在蛋白酶体（Proteasome)降解,成分：蛋白质复合物,21,泛素介导的蛋白质降解过程,(ubiquitin-proteasome system, UPS),1.蛋白质泛素化修饰：酶系统催化E1,E2,E3； 2.被蛋白酶体识别； 3.蛋白质去折叠（移位） 泛素重利用 4.被水解,蛋白酶体途径降解的过程,22,*蛋白质泛素化连接需要ATP *蛋白质酶体识别泛素，水解泛素需要ATP,A1(why). 需要ATP A2(who). 泛素决定的,蛋白酶体途径降解的过程,23,23,例 1

11、：细胞周期蛋白Cyclin,G1 cyclin G1期合成, S期降解,例 3 ：应激应答、基因调控蛋白p53,哪些蛋白质选择蛋白酶体降解？,例 2：错误折叠的蛋白质,p53,p53,MDM2,MDM2,MDM2,Ub,P53降解,MDM2降解,无应激：P53降解,应激：MDM2降解，P53不能泛素化,24,24,快速降解不需要的蛋白质；,/nobel_prizes/chemistry/laureates/2004/animation.html,生物学功能,哪些蛋白质选择蛋白酶体降解？,降解错误折叠的蛋白质,细胞周期调控,基因转录调控,DNA修复

12、,代谢,蛋白酶体抑制剂bortezomib （硼替佐米） 抗癌药物 1.用于多发性骨髓瘤 （2003年，FDA认证） 2.其他类型肿瘤 动物水平验证； 早期临床试验。,淡蓝色显示Bortezomib， 结合在蛋白酶体的亚基,蛋白酶体降解途径的生物学功能,26,“for the discovery of ubiquitin-mediated protein degradation,27,*细胞周期蛋白质 * 应激应答蛋白质,哪种蛋白质选择这种途径?,* 错误折叠蛋白质,27,哪个细胞结构,经过什么过程降解,蛋白酶体降解途径,蛋白酶体,泛素化修饰过程和蛋白酶体降解过程,“Short life pr

13、otein”,Quantity and quanlity control system,蛋白质降解的两条途径,溶酶体途径,蛋白酶体途径,外来的 质膜的,细胞质成分（长寿的） 细胞器,细胞周期相关的 应激应答的,错误折叠的,泛素介导的,胞吞相关的 自噬相关的,细胞更新 细胞稳态,细胞周期 基因表达调控 应激应答等,蛋白质种类,过程,对细胞的意义,相关细胞结构,溶酶体,蛋白酶体,自噬小体,内体,（短寿的）,29,如何调控蛋白质的量和质？,* 抑制蛋白质降解,（2）质的调控:,（1）量的调控：(增多或降低),* 上调基因表达up-regulation of gene expression,* 降解错误折叠蛋白质,* 下