质膜和细胞质幻灯片

1、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2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3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

2、、胞内体、内质网、高尔基体、胞内体、 溶酶体、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4一、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5一、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（membr

3、ane 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) 膜脂形成生物膜的基本骨架膜脂形成生物膜的基本骨架6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7l糖脂亦为双亲性分子糖脂亦为双亲性分子，其极性头为一个或，其极性头为一个或 数个糖基，数

4、个糖基， 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 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结构一、质膜的化学组成与分子结构8一、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) 脂双层脂双层(bilayer)9一、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

5、，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 proteins) 脂锚定膜蛋白脂锚定膜蛋白(lipid anchored membrane proteins)10蛋白质与膜脂的

6、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11gpi (glycosyl phosphotidylinositol)锚定膜锚定膜蛋白：蛋白质的蛋白：蛋白质的c端通过端通过磷酸乙磷酸乙醇胺与醇胺与gpi共价结合共价结合，并借其烃，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：酰化蛋白质：蛋白质在蛋白质在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

7、 src蛋白。蛋白。异戊烯化蛋白质：异戊烯化蛋白质：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基与异戊二烯形成硫酯键，生成不饱基与异戊二烯形成硫酯键，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12一、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13一、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 n-连接的糖蛋白：连接的糖蛋白： 天冬酰胺残基的天冬酰胺残基的氮原子（氮原子（-n

8、h2）与与n-乙酰乙酰氨基葡萄糖的氨基葡萄糖的寡糖链寡糖链共价结合形成共价结合形成 -糖苷键糖苷键的糖蛋白；的糖蛋白； 糖基化位点：糖基化位点：asn-x-ser/thr o-连接的糖蛋白：连接的糖蛋白： ser/thr残基中的羟基氧残基中的羟基氧(o)原子原子与与n-乙酰氨乙酰氨基半乳糖基半乳糖寡糖链共价相连形成寡糖链共价相连形成 -糖苷键糖苷键的糖的糖蛋白；蛋白； 糖基化位点：糖基化位点： galnac ser/thr14一、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 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

9、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galnac）故称为氨基聚糖氨基聚糖( glycosaminoglycan,gag)。15一、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 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糖鞘糖脂脂( (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

10、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( ganglioside,gg )16一、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17一、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18一、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

11、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。细菌和病毒感染时的识别和结合位点。19 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20一、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 (

12、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；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。21二、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

13、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白运动性的各种因素22二、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与：在同一个单分子层内脂类分子与其邻近的分子交换位置。其邻近的分子交换位置。2.自旋运动自旋运动(rotation)：脂分子围绕与膜平面垂直的纵轴进行的旋：脂分子围绕与膜平面垂直的纵轴进

14、行的旋转运动。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.翻转运动翻转运动 (flip-flop)：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层的运动。的运动。6.碳氢链的异构化互变碳氢链的异构化互变23二、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 侧向扩散：许多膜蛋侧向扩散：许多膜蛋白在膜脂中自由漂浮白在膜脂中自由漂浮和在膜表面扩散和在膜表面扩散 旋转运动旋转运动：围绕与膜：围绕与膜平面垂直的轴进行旋平面垂直的轴进行旋转运动转运动

15、24二、质膜的特性二、质膜的特性 质膜的流动性质膜的流动性 影响膜流动性的因素影响膜流动性的因素 脂肪酸链的长度与不饱和度的影响：脂肪酸链的长度与不饱和度的影响：脂肪酸链越短、不饱和度脂肪酸链越短、不饱和度越高，流动性越大。越高，流动性越大。 胆固醇的影响：胆固醇的影响：降低细胞膜的流动性降低细胞膜的流动性 卵磷脂和鞘磷脂比例的影响：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，膜的流动性增加。鞘磷脂比例升高，膜的流动性增加。 蛋白质的影响：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膜蛋白与膜脂分子的相互作用影响了膜的流动性。膜内

16、在蛋白越多，膜的流动性就越小。性。膜内在蛋白越多，膜的流动性就越小。 其它因素：温度、离子浓度等。其它因素：温度、离子浓度等。25三、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26四、质膜与疾病四、质膜与疾病27hiv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

17、与cd4分子结合，在分子结合，在cxcr4或或ccr5帮助下，病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 28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)29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203030细胞质基

18、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31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

19、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， 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32the ubiquitin-pro

20、teasome systemnobel prize in chemistry, 2004avram hershkoaaron ciechanoverirwin rose33真核细胞中蛋白酶体存在于真核细胞中蛋白酶体存在于细胞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蛋白酶体蛋白酶体由一个由一个20s20s核心颗粒核心颗粒（cpcp）和和1-21-2个个19s19

21、s调节颗粒（调节颗粒（rprp）组成组成活性部位活性部位26s蛋白酶体蛋白酶体 n蛋白酶体的结构蛋白酶体的结构3426s蛋白酶体蛋白酶体核心颗粒的沉降系数为核心颗粒的沉降系数为20s，又称又称20s蛋白酶体蛋白酶体，是，是26s蛋白酶体的蛋白酶体的催化催化核心核心20s蛋白酶蛋白酶由由4个环个环组成，每个环有组成，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亚单位环，组成中心腔，组成中心腔（central cavity, cc），腔内侧是），腔内侧是催化活催化活性位点性位点所在所在外环是外环是亚单位环亚单位环，组成外腔，组成外腔 (antechamer, ac)，形成入口，形

22、成入口，控制底物的进出控制底物的进出，仅允许，仅允许解折叠的多肽通过。中心腔通过一狭窄缢解折叠的多肽通过。中心腔通过一狭窄缢痕，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形个旋转方向相反的环形成二聚体结构。成二聚体结构。 1) 20s蛋白酶体蛋白酶体35 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

23、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36 亚

24、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371) 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单位n末端肽链末端肽链所占据，这使外侧的所占据，这使外侧的环完全关闭，环完全关闭，防止细胞内不应被水解的蛋白质进入圆筒状结构内部与酶的催化部位防止细胞内不应被水解的

25、蛋白质进入圆筒状结构内部与酶的催化部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 环的环的7个亚单位均无催化活性，但它们可提供不同调节亚单位复合个亚单位均无催化活性，但它们可提供不同调节亚单位复合体（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382) 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

26、，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 subcomplex)39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40n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41 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

27、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) 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

28、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42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43 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

29、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44 在真核细胞的细胞质基质中，识别蛋白质

30、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。将靶蛋白完全水解。 2) 靶蛋白的泛素化靶蛋白的泛素化45 泛素泛素(ubiquitin, ub) 一种普遍存在于真核细胞中的小分一种普遍存在于真核细胞中的小分子蛋白质，由子蛋白质，由76个氨基酸残基个氨基酸残基组成。组成。 真核细胞中，泛素分子结构高度保

31、真核细胞中，泛素分子结构高度保守。酵母和人类的泛素分子仅有守。酵母和人类的泛素分子仅有3个个氨基酸残基的差异氨基酸残基的差异。 x线衍射分析，泛素呈紧密的球状结线衍射分析，泛素呈紧密的球状结构，包括构，包括4个个片层片层和和1个个螺旋螺旋，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46 泛素泛素(ubiquitin, ub) 泛素通过泛素通过共价键共价键与其它蛋白质相结合。泛素本身并不降解蛋白质，与其它蛋白质相结合。泛素本身并不降解蛋白质，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。 泛素羧基端的泛素羧

32、基端的 c-gly76 与与蛋白质蛋白质或或下一个泛素分子下一个泛素分子 lys- 的的 -氨基氨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），），一旦有泛素分子连接到靶蛋白上，下一个泛素分子的羧一旦有泛素分子连接到靶蛋白上，下一个泛素分子的羧基端又可以连接到前一个泛素分子的赖氨酸残基上，形成基端又可以连接到前一个泛素分子的赖氨酸残基上，形成多聚泛素多聚泛素链链。 k48 型泛素链和型泛素链和 k29 型泛素链进入蛋白酶体降

33、解途径。型泛素链进入蛋白酶体降解途径。 各个泛素分子单体之间连接的位点主要是各个泛素分子单体之间连接的位点主要是 lys48，在某些情况下也，在某些情况下也可能是可能是 lys63、lys29。2) 靶蛋白的泛素化靶蛋白的泛素化47 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

34、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481. 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

35、通过重复步骤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49 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。 在细胞内的环境

36、中，蛋白酶体的肽产物是不稳定的，其绝大部分被在细胞内的环境中，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，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 5026s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

37、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。51 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 pr