泛素降解途径

自噬与泛素化蛋白降解途径的分子机制及其功能一、本文概述自噬与泛素化蛋白降解途径是细胞内蛋白质降解的两种主要方式，它们在维持细胞稳态、调控细胞生命周期、促进细胞适应环境变化等方面发挥着至关重要的作用。

本文旨在深入探讨这两种降解途径的分子机制及其功能，以期更全面地理解细胞内蛋白质降解的过程及其生物学意义。

我们将对自噬的分子机制进行详细介绍。

自噬是一种通过形成自噬体，将细胞内受损、变性或多余的蛋白质及细胞器运输至溶酶体进行降解的过程。

我们将从自噬体的形成、自噬底物的识别与选择、自噬体与溶酶体的融合以及降解产物的利用等方面，全面阐述自噬的分子机制。

同时，我们还将讨论自噬在细胞自稳、免疫应答、疾病发生发展等方面的生理功能。

我们将对泛素化蛋白降解途径的分子机制进行阐述。

泛素化是一种蛋白质翻译后修饰方式，通过泛素分子与底物蛋白的共价连接，标记底物蛋白以进行降解。

我们将从泛素化过程、泛素化底物的识别与降解、泛素化在细胞周期调控、信号转导等方面的作用等方面，深入探讨泛素化蛋白降解途径的分子机制。

我们还将讨论泛素化蛋白降解途径在细胞生长、分化、凋亡等过程中的生理功能。

我们将对自噬与泛素化蛋白降解途径的交叉点进行探讨，分析它们在蛋白质降解过程中的相互作用与协同作用，以及它们在维持细胞稳态、调控细胞生命周期等方面的共同功能。

通过对这两种降解途径的深入研究，我们有望为理解细胞内蛋白质降解的复杂过程提供新的视角，并为相关疾病的治疗提供新的思路和方法。

二、自噬途径的分子机制自噬是一种细胞内自我消化的过程，通过降解和回收细胞内受损、变性或多余的蛋白质及细胞器，来维持细胞的稳态和生存。

自噬过程涉及多个分子机制的协同作用，主要包括自噬体的形成、自噬体与溶酶体的融合以及底物的降解等步骤。

自噬体的形成是自噬过程的关键步骤。

在饥饿、压力等自噬诱导信号的作用下，细胞内的自噬相关基因（ATG）被激活，启动自噬体的形成。

ATG基因编码的蛋白质参与自噬体膜的形成和延伸，其中，ATG5和ATG12形成的复合物以及ATG8（也称为LC3）的脂化修饰是自噬体形成的关键事件。

《细胞生物学》复习资料与答案一、选择题1、在真核细胞中，含量稳定，mRNA寿命短而蛋白质寿命又很长的一类蛋白质是A.基因调控蛋白；B.非组蛋白；C.组蛋白；D.核糖体蛋白。

2、核仁的大小随细胞代谢状态而变化，下列4种细胞中，核仁最大的是A.肌细胞；B.肝细胞；C.浆细胞；D.上皮细胞。

3、动物细胞培养中最常用的细胞消化液是A．胃蛋白酶 B. 胰蛋白酶C. 组织蛋白酶D. 枯草杆菌蛋白酶4、过量TdR可以阻止动物细胞分裂停止在A. G0B. G0/G1C. G1/SD. G2/M5、动物体内各种类型的细胞中，具有最高全能性的细胞是A.体细胞；B.生殖细胞；C.受精卵；D.干细胞。

1---5 C C B C C二、不定项选择题１．细胞中含有DNA的细胞器有：A．线粒体B．叶绿体C．细胞核D．质粒２．胞质骨架主要由组成。

A．中间纤维B．胶原纤维C．肌动蛋白D．微管３．细胞内具有质子泵的细胞器包括：A．内体B．溶酶体C．线粒体D．叶绿体４．细胞内能进行蛋白质修饰和分选的细胞器有：A．核糖体B．细胞核C．内质网D．高尔基体５．各种水解酶之所以能够选择性地运入溶酶体是因为它们具有：A．Ｍ６Ｐ标志B．导肽C．信号肽D．酸性６．介导桥粒形成的细胞粘附分子desmoglein及desmocollin属：A．钙粘素B．选择素C．整合素D．透明质酸粘素７．线粒体内膜的标志酶是：A．苹果酸脱氢酶B．细胞色素C氧化酶C．腺苷酸激酶D．单胺氧化酶８．具有极性的细胞结构有：A．微丝B．中间纤维C．高尔基体D．微管９．在电子传递链的NADH至CoQ之间可被阻断。

A．鱼藤酮B．抗霉素ＡC．氰化物D．阿米妥10．染色质由以下成分构成：A．组蛋白B．非组蛋白C．DNA D．少量RNA1、ＡＢＣＤ2、ＡＣＤ3、ＡＢＣＤ4、ＣＤ5、Ａ6、A7、B8、ＡＣＤ9、A D10、ＡＢＣＤ三、填空题1、组蛋白由（H2A ）、（H2B ）、（H3 ）、（H4 ）和（H1/H5 ）5种组分。

HEREDITAS (Beijing)2012年1月, 34(1): 5―18 ISSN 0253-9772 综 述收稿日期: 2011−06−03; 修回日期: 2011−08−19基金项目:转基因生物新品种培育重大专项(编号：2009ZX08009-148B)资助作者简介:陈科, 博士研究生, 研究方向：动物发育遗传学。

E-mail: chenke@通讯作者:周荣家, 教授, 博士生导师, 研究方向：动物发育遗传学。

E-mail: rjzhou@网络出版时间: 2011-8-24 11:11:40URL: /kcms/detail/11.1913.R.20110824.1111.004.htmlDOI: 10.3724/SP.J.1005.2012.00005自噬与泛素化蛋白降解途径的分子机制及其功能陈科, 程汉华, 周荣家武汉大学生命科学学院, 武汉 430072摘要: 细胞内所有的蛋白质和大多数的细胞外蛋白都在不断的进行更新, 即它们在不断地被降解, 并被新合成的蛋白质取代。

细胞内蛋白的降解主要通过两个途径, 即自噬和泛素蛋白酶体系统。

自噬是一种由溶酶体介导的细胞内过多或异常蛋白质的降解机制。

在细胞内主要有3种类型的自噬, 即分子伴侣介导的自噬、微自噬和巨自噬。

泛素蛋白酶体系统是由泛素介导的一种高度复杂的蛋白降解机制, 它参与降解细胞内许多蛋白质并且这个过程具有高度特异性。

细胞内蛋白质的降解参与调节许多细胞过程, 包括细胞周期、DNA 修复、细胞生长和分化、细胞质量的控制、病原生物的感染反应和细胞凋亡等。

许多严重的人类疾病被认为是由于蛋白质降解系统的紊乱而引起的。

文章综述了自噬和泛素化途径及其分子机制, 以及蛋白质降解系统紊乱的病理学意义。

关键词: 蛋白质降解; 自噬; 泛素蛋白酶体系统Molecular mechanisms and functions of autophagy and the ubiq-uitin-proteasome pathwayCHEN Ke, CHENG Han-Hua, ZHOU Rong-JiaLife Science College , Wuhan University , Wuhan 430072, ChinaAbstract: All proteins in eukaryotic cells are continually being degraded and replaced. Autophagy and the ubiq-uitin-proteasome system are two mechanisms for intracellular protein degradation. Autophagy is mediated by lysosome, and is further divided into chaperone-mediated autophagy, microautophagy and macroautophagy. The ubiquitin-proteasome system is highly complex and mediated by ubiquitin, which participates in intracellular protein degradation in a specific manner. It is now known that degradation of intracellular proteins is involved in regulation of a series of cellular processes, including cell-cycle division, DNA repair, cell growth and differentiation, quality control, pathogen infection, and apoptosis. The aberrations in the protein degradation systems are involved in many serious human diseases. The present review sum-marizes the mechanisms of protein degradation and related human diseases.Keywords: protein degradation; autophagy; ubiquitin-proteasome system细胞内所有的蛋白质和大多数的细胞外蛋白都在不断的进行更新, 即它们在不断地被降解和被新合成的蛋白质取代。

细胞内蛋白质降解机制及其生物学意义生物体内存在着大量的蛋白质，它们在细胞内发挥着各种重要的功能。

但随着时间的推移，这些蛋白质可能会变性、失活或者发生化学修饰，成为无用的或有害的物质，需要被及时清除以维持细胞内环境的稳定，这就需要依赖于细胞内蛋白质降解机制的发挥。

细胞内蛋白质降解的主要途径包括：盘式体途径、泛素-蛋白酶体途径和自噬途径。

下面将会详细介绍这三种降解途径及其特点。

盘式体途径（lysosome）盘式体是一种具有降解活性的细胞器，其中包含了许多蛋白酶和糖酵解酶等酶类。

盘式体途径主要适用于降解大分子物质，比如蛋白质、核酸等，这些物质会被吞噬到盘式体内，受到酶的降解。

因此，盘式体被认为是细胞内垃圾处理系统的核心。

盘式体途径主要发挥作用于以下情况：1. 转运受体被门脉血流清除。

2. 大分子蛋白质的末端肥大化割除，生成小的肽链后，再进入酶类降解。

3. 老化细胞器的降解和重置。

泛素-蛋白酶体途径（Ubiquitin-Proteasome System，UPS）泛素-蛋白酶体途径是细胞中最重要的蛋白质降解途径，可以降解大多数短寿命蛋白质。

它的主要途径是利用泛素分子的结构对目标蛋白质进行标记，然后通过蛋白酶体酶的降解将蛋白质降解掉。

泛素-蛋白酶体途径的分为四个步骤：1. 泛素标记：泛素分子会与目标蛋白质连接，被标记的蛋白质因此被标记为需要降解的蛋白质。

2. 泛素化后的蛋白移动：被标记的蛋白质与蛋白复合体玉瑰移向蛋白酶体，这是蛋白酶体酶进行降解。

3. 蛋白质降解：被标记的蛋白质在蛋白酶体中被酶降解，形成短的多肽链和氨基酸。

4. 再利用：短的多肽链和氨基酸可以再利用，成为细胞功能和笫正规寿命的重要物质。

自噬途径（Autophagy）自噬作为一种“迅速应对专家”，是细胞自我捕食的过程。

对于有损的细胞和组分，自噬将其隔离并将其降解，同时为细胞的再生利用提供必要的原料。

自噬进程主要包括选择、隔离和降解等三个阶段，这是对其机制的定义。

泛素是一种存在于所有真核生物(大部分真核细胞)中的小蛋白。

泛素76个氨基酸组成，分子量大约8500道尔顿。

它的主要功能是标记需要分解掉的蛋白质，使其被26S蛋白酶体降解。

26S蛋白酶体上调节亚基上的一些受体可以识别K48和K11位连接的多聚泛素化蛋白，20S核心亚基在ATPase供能下水解底物。

泛素也可以标记跨膜蛋白，参与蛋白质的膜泡运输。

非典型泛素链在细胞信号传导，内吞，以及DNA损伤修复，调控NF-kB通路中起着重要作用。

它在真核生物中具有高度保留性，人类和酵母的泛素有96%的相似性。

化学反应：催化的一系列反应的发生，整个过程被称为泛素化信号通路。

在第一步反应中，泛素活化酶(E1)水解ATP并将一个泛素分子腺苷酸化。

接着，泛素被转移到E1的活性中心的半胱氨酸残基上，并伴随着第二个泛素分子的腺苷酸化。

被腺苷酸化的泛素分子接着被转移到第二个酶，泛素交联酶(E2)的半胱氨酸残基上。

最后，高度保守的泛素连接酶(E3)家族中的一员(根据底物蛋白质的不同而不同)识别特定的需要被泛素化的靶蛋白，并催化泛素分子从E2上转移到靶蛋白上。

靶蛋白在被蛋白酶体识别之前，必须被标记上至少四个泛素单体分子(以多泛素链的形式)。

因此，是E3使得这一系统具有了底物特异性。

E1、E2和E3蛋白的数量依赖于生物体和细胞类型，人体中就存在大量不同的E3蛋白，这说明泛素-蛋白酶体系统可以作用于数量巨大的靶蛋白。

多泛素化后的蛋白质是如何被蛋白酶体所识别的，还没有完全弄清。

泛素受体蛋白的N末端具有一个类泛素结构域，以及一至多个泛素结合结构域。

类泛素结构域可以被19S调节颗粒所识别，而泛素结合结构域可以通过形成三螺旋束来结合泛素。

这些受体蛋白可能能够结合多泛素化的蛋白质并将其携带到蛋白酶体，而关于这种结合的特异性和调控机制还不清楚。

最终，被标记的蛋白质被蛋白酶分解为较小的多肽、氨基酸以及可以重复使用的泛素。

泛素化是指泛素分子(一类低分子量的蛋白质)在一系列特殊的酶作用下，将细胞内的蛋白质分类，从中选出靶蛋白分子，并对靶蛋白进行特异性修饰的过程。

真核细胞内蛋白质的降解途径作者:valley 日期:2009-3-9 11:13:001推荐真核细胞内蛋白质的降解途径主要有三种，溶酶体途径、泛素化途径和胱天蛋白酶(caspase)途径。

1、溶酶体途径：蛋白质在同酶体的酸性环境中被相应的酶降解，然后通过溶酶体膜的载体蛋白运送至细胞液，补充胞液代谢库。

胞内蛋白：胞液中有些蛋白质的N端含有KFERQ信号，可以被HSC70识别结合，HSC70帮助这些蛋白质进入溶酶体，被蛋白水解酶降解。

胞外蛋白：通过胞吞作用或胞饮作用进入细胞，在溶酶体中降解。

2、泛素-蛋白水解酶途径：一种特异性降解蛋白的重要途径，参与机体多种代谢活动，主要降解细胞周期蛋白Cyclin、纺锤体相关蛋白、细胞表面受体如表皮生长因子受体、转录因子如NF-KB、肿瘤抑制因子如P53、癌基因产物等；应激条件下胞内变性蛋白及异常蛋白也是通过该途径降解。

该通路依赖ATP，有两步构成，即靶蛋白的多聚泛素化?多聚泛素化的蛋白质被26S蛋白水解酶复合体水解。

(1)、物质基础：泛素(ubiquitin)：一种76个氨基酸组成的蛋白质，广泛存在于真核生物中，又称遍在蛋白。

在一系列酶的作用下被转移到靶蛋白上，介导靶蛋白的降解。

蛋白水解酶(proteasome)：识别、降解泛素化的蛋白质的复合物，由30多种蛋白质及酶组成，其沉降系数为26S，又称26S蛋白酶体，由20S的圆柱状催化颗粒和19S的盖状调节颗粒组成，是一个具有胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、胱天蛋白酶等活性的多功能酶。

所有蛋白酶体的活性中心都含有Thr残基。

经泛素化的底物蛋白可以被26S蛋白酶体的盖状调节颗粒识别，并被运送到20S的圆柱状核心内，在多种酶的作用下水解为寡肽，最后从蛋白酶体中释放出来。

泛素则在去泛素化酶的作用下与底物解离后回到胞质重新利用。

(2)、具体过程：①靶蛋白的多聚泛素化：泛素激活酶E1利用A TP在泛素分子C端Gly残基与其自身的半胱氨酸的SH间形成高能硫脂键，活化的泛素再被转移到泛素结合酶E2上，在泛素连接酶E3的作用下，泛素分子从E2转移到靶蛋白，与靶蛋白的Lys的ε-NH2形成异肽键，接着下一个泛素分子的C-末端连接到前一个泛素的lys48上，完成多聚泛素化(一般多于4个)②多聚泛素化的蛋白质被26S蛋白水解酶复合体水解：经泛素化的底物蛋白可以被26S蛋白酶体的盖状调节颗粒识别，并被运送到20S的圆柱状核心内，在多种酶的作用下水解为寡肽，最后从蛋白酶体中释放出来。

稻瘟病菌细胞自噬与泛素化蛋白降解途径的机制与功能
稻瘟病菌的自噬与泛素化蛋白降解途径具有密切关系。

MoCand2是一种调节自噬的蛋白质，其一方面通过抑制MoTor的泛素化降解来维持TOR信号通路的活性，从而抑制自噬；另一方面，MoCand2通过抑制MoAtg6的非降解性K63型泛素化修饰来减弱MoAtg6的互作能力，阻碍PI3KC3复合体的组装和自噬体的形成。

这种调控机制有助于稻瘟病菌的致病性。

同时，Cand2在植物病原真菌中的功能具有保守性，这为研究植物病原真菌的自噬和泛素化蛋白降解途径提供了新的思路。

内质网内的泛素化机制当蛋白质经过内质网（endoplasmic reticulum，ER）的时候，会有一套―质控‖系统暂时将那些新合成的蛋白质―扣留‖下来，帮助它们成熟。

只有折叠正确的蛋白质才会被―释放‖，而那些不能成熟的蛋白质则会被继续―关押‖，但是这样会损害内质网的功能。

因此，为了维持内环境的稳态，蛋白质质控系统会将这些―不合格产品‖移交到胞质溶胶当中，在那里，被蛋白酶体降解掉。

随着在越来越多的病理过程当中发现了内质网质控系统功能缺陷的现象，我们也开始逐渐意识到细胞内这条作用机制的重要性。

在所有人类基因组编码的蛋白质当中，大约有20%的蛋白质被认为是分泌性蛋白质。

这些分泌性蛋白质在到达它们的最终的目的地之前都需要先经过内质网的处理，这些目的地广泛分布在细胞各种，例如细胞膜上，各种胞内或胞外的腔室（Exocytotic and endocytotic compartments），以及细胞外表面等等。

内质网不仅仅只是提供了一个―容器‖，它同时还提供了众多的分子伴侣，帮助蛋白质折叠、成熟。

不过虽然细胞提供了这些帮助，蛋白质在合成过程当中仍然非常容易出错。

大约有1/3的新生蛋白质会在翻译过程中或者在翻译后数分钟之内被降解掉。

这些蛋白质是因为在转录过程、翻译过程、成熟过程或折叠过程中出现了某些错误，或者各个亚基之间的合成不平衡，从而不能形成正确的构象而被降解的。

即使是成熟的蛋白质也会因为各种诸如高能辐射、化学损伤、代谢产物等等环境因素而被损伤。

这些损伤蛋白会聚集在一起，也会出现功能障碍，这都会影响到内质网以及细胞内环境的稳态。

因此，进化机制赋予了内质网控制蛋白质质量的功能，这套质控系统可以在好几个层面对蛋白质进行监控，维持内质网的完好性。

在蛋白质刚刚合成时它们会通过一个特异性的N连接聚糖（N-linked glycan structure）结构被保护起来，可以免遭降解。

随后，那些可能发生错误折叠的蛋白质会被内质网中甘露糖苷酶（mannosidase）生成的一种―聚糖密码（glycan code）‖所标记（图1）。

仅作参考，如有抄袭，依法追究目录：1.研究背景2.泛素化降解途径2.1泛素的基本结构2.2泛素化的过程2.3 E3酶对蛋白底物的识别2.4 蛋白底物在26S蛋白酶体中的降解3.研究的意义以及应用4.研究展望真核生物细胞中的蛋白质泛素化降解摘要：蛋白质是执行生命活动的基本分子,细胞中的蛋白质不断地处于合成、修饰与降解的代谢更新过程中。

保持细胞正常的蛋白质代谢对于生命的正常功能至关重要。

目前所知蛋白质的降解主要通过两种途径:溶酶体降解途径和泛素介导的蛋白酶体降解途径。

溶酶体降解途径是一个非选择的蛋白质降解途径,主要降解通过摄粒作用或胞饮作用进入细胞内的外源蛋白质;而泛素介导的途径是一个受到严格的时空调控的特异性蛋白质降解途径。

泛素系统广泛存在于真核生物中，是精细的特异性的蛋白质降解体系。

泛素是一种序列保守的小分子蛋白质，蛋白质与泛素结合后，被蛋白酶体通过消耗ATP的方式降解。

泛素系统由泛素、26S 蛋白酶体、多种酶（E1、E2、E3去泛素酶等）组成。

其中E1和E2被称为泛素活化酶和泛素载体酶。

泛素连接酶E3负责连接泛素与特异性底物，这样泛素化底物可以被26S蛋白酶体降解为若干肽段。

泛素系统在真核生物中有非常重要的作用，通过降解蛋白质，调节细胞的分化、免疫，参与转录、分泌调控和细胞形成等，与人类的某些疾病有关。

本文就泛素系统的组成、调控机制和研究进展做一介绍。

关键字：泛素系统；E3；26S蛋白酶体正文：1.研究背景蛋白质在细胞内的降解是一个复杂的过程，但是又是一个高度有序的过程。

真核生物中蛋白质的降解绝大多数都是由泛素系统完成。

蛋白质首先是由泛素分子所特异性识别结合，在泛素分子的介导下，由泛素活化酶E1、泛素载体蛋白E2以及泛素连接酶E3特异性作用，与26S蛋白酶体作用，被切割成多肽。

多聚泛素链可以还原成单体，循环使用。

泛素与细胞的多种生命活动有关，例如细胞生长发育过程中组织抑制因子的选择性降解；细胞周期中，周期蛋白选择性降解等。