细胞内蛋白质的降解
生物体内蛋白质降解的机制和调节
生物体内蛋白质降解的机制和调节生物体内的所有生命活动都依赖于蛋白质，而生物体对于蛋白质的需求是极其巨大的，因此细胞内存在着复杂和高度调控的蛋白质合成和降解机制。
除了蛋白质合成，蛋白质降解也是一个生命中不可或缺的过程。
蛋白质降解是动态平衡系统中的一个重要组成部分，与合成蛋白质一样，也是一个复杂的和高度调控的过程。
一、蛋白质降解的机制蛋白质降解主要通过两个主要途径：质体体系和溶酶体体系。
质体体系主要通过泛素-蛋白酶体途径降解，而溶酶体体系主要通过自噬途径降解。
1、泛素-蛋白酶体途径泛素-蛋白酶体途径是非常重要的蛋白质降解机制。
它主要是通过泛素连接酶将泛素蛋白连接到要被降解的蛋白质上，然后再被酶体所识别和降解。
泛素连接酶家族有近百种，不同类型的泛素连接酶会连接不同的泛素蛋白，使得蛋白质被识别和降解的范围更广阔。
泛素降解的过程分为三个步骤：泛素化、识别和降解。
泛素连接酶通过将泛素蛋白连接到蛋白质的走私物质上，引起这些走哪个p的结构改变，其中涉及到一些废物被酶切割的步骤。
所有连接了泛素的蛋白质都会被一个叫做泛素受体的分子所识别，进而被送往酶体进行降解。
酶体内的各种酶将蛋白质分解成小肽片段，并释放出氨基酸和其他有用物质用于制造其他蛋白质。
2、自噬途径自噬是一种由真核细胞贴壳并清除损坏或超时的细胞器和蛋白质的过程。
自噬是由自噬小体媒介的膜包裹过程所进行的，这使细胞器或有用的配体被封闭在自噬小体内，并被降解。
自噬的信号由原始细胞质上的自噬酸浓度所调节，自噬酸是一种在低营养和压力条件下被合成的菜单。
自噬途径通过维持细胞内平衡和代谢状态来维护细胞和整个生物的健康。
二、蛋白质降解的调节蛋白质降解的调节是一个复杂和精细的系统，它涉及到许多因素的相互作用。
以下讨论一些重要的调节机制：1、PTM修饰PTM（post-translational modification）是指蛋白质翻译后发生的化学修饰。
这种修饰可以通过添加功能性基团来调节蛋白质的稳定性、表达水平和活性。
哺乳动物细胞内蛋白质降解途径的研究进展
哺乳动物细胞内蛋白质降解途径的研究进展蛋白质是细胞中最重要的分子之一，其对于细胞的生命活动有着重要的作用。
然而，蛋白质乃至细胞内的分子都会逐渐老化损耗，如果不及时降解清除，会对细胞造成一定的影响。
因此，细胞内的蛋白质降解途径亦成为了近年来研究的一个热点。
本文将着重探讨哺乳动物细胞内蛋白质降解的研究进展。
一、泛素-蛋白酶体途径泛素-蛋白酶体途径是细胞内蛋白质降解的主要途径之一。
它主要通过将蛋白质降解过程中所需的泛素结合到需要降解的蛋白质上，将其送入蛋白酶体内部进行降解。
这一途径可以对蛋白质进行全面的降解，使得分解产物可以在细胞内循环利用。
近年来，越来越多的研究证实，泛素-蛋白酶体途径在人类疾病中也有着不可忽视的作用。
例如，肌肉萎缩症的发生与泛素-蛋白酶体途径的异常有密切关系。
因此，细胞内蛋白质降解途径的研究对于发现，治疗人类疾病具有重要的意义。
二、自噬途径自噬途径是指细胞通过“自我吞噬”来清除老化或者损伤的细胞器或其他分子的过程。
它在自身免疫，老化，细胞凋亡等方面具有重要作用。
在自噬途径中，可得到多个复合体的协同作用。
其中有膜相关的复合物和腺苷酸依赖性的复合物。
膜相关的复合物是通过涉及膜的包涵来吞噬需要降解的分子，在形成的囊泡以及内部膜上，会涉及大量特异性的小GTPase，使得不同的复合物可以调节不同基因。
三、其他降解途径除了泛素-蛋白酶体和自噬途径外，还有一些低分子量的酶，可以将蛋白质进行“切割”降解。
例如，脑血管瘤蛋白2A（BCH2A）就是一种较为典型的降解途径，它可以在细胞膜上扮演降解人类p27Kip1蛋白的作用。
其他的这些途径如糖基化和ATPhase途径等，在当前的研究中，也是备受关注的焦点领域。
总之，哺乳动物细胞内蛋白质降解途径的研究一直是生命科学领域中的一个重要研究方向。
在不断地探索过程中，我们对于细胞内蛋白质降解的方式，以及与其相关的疾病，已经有了较为全面的认识。
未来，在这一领域的研究中，我们相信会有更多新的发现出现。
蛋白降解方法
蛋白降解方法
1、泛素-蛋白酶体系统
泛素-蛋白酶体系统，约占蛋白质降解总量的80%。
在这个途径中，泛素是一种小分子蛋白，能够与需要降解的蛋白质结合，形成泛素-蛋白质复合物，然后被蛋白酶体降解。
2、自噬途径
自噬是一种细胞自我降解的过程，能够清除细胞内的老化、损伤或异常蛋白质。
在自噬途径中，细胞将需要降解的蛋白质包裹成自噬体，然后被溶酶体降解。
3、粗质内质网途径
粗质内质网是一种细胞内的膜系统，能够将需要降解的蛋白质包裹成囊泡，然后被溶酶体降解。
总之，人体蛋白质降解途径多种多样，不同的途径在不同的情况下发挥不同的作用，维持着人体内蛋白质的平衡。
生物化学总结复习笔记
11章.蛋白质的降解和氨基酸的代谢1.蛋白质的酶促降解1.1.细胞内蛋白质的降解一般认为真核细胞对蛋白质的降解有两个体系.其一是溶酶体降解.其二是依赖ATP,在细胞溶胶中以泛素标记的选择性蛋白质的降解.1.2外源蛋白质的酶促降解外源蛋白质进入体内,必须先经过水解作用变为小分子的氨基酸,然后才能被吸收.就高等动物来说,外界食物蛋白质经消化吸收的氨基酸和体内合成及组织蛋白质经降解的氨基酸,共同组成体内氨基酸代谢库.所谓氨基酸代谢库即指体内氨基酸的总量.氨基酸代谢库中的氨基酸大部分用于合成蛋白质,一部分可以作为能源,体内有一些非蛋白质的含氮化合物也是以某些氨基酸作为合成的原料.2.氨基酸的分解代谢氨基酸的共同分解代谢途径包括脱氨基作用和脱羧基作用两个方面.氨基酸经脱氨基作用生成氨及α-酮酸.氨基酸经脱羧基作用产生二氧化碳及胺.胺可随尿直接排出,也可在酶的作用下,转化为可被排出的物质和合成体内有用的物质.氨基酸脱氨基的方式有氧化脱氨基作用、转氨基作用、联合脱氨基作用、非氧化脱氨基作用和脱酰胺基作用.3.氨的排泄方式水生动物排氨鸟类及爬行动物排尿酸哺乳动物排尿素尿素是哺乳动物蛋白质代谢的最终产物10章.脂质代谢1脂质的酶促水解1.1三酰甘油的酶促水解三酰甘油是重要的储能物质.在脂肪酶的作用下水解为甘油和脂肪酸.甘油可氧化供能也可糖酵解途径生成糖.脂肪酸可彻底氧化供能.1.2磷脂的酶促水解磷脂酶A1和A2分别专一的出去Sn-1位或sn-2位上的脂肪酸,生成的仅含有一个脂肪酸的产物称溶血磷脂.溶血磷脂是一种很强的表面活性剂,能使细胞膜和红细胞膜溶解.2.脂肪酸的β-氧化作用2.1脂肪酸的β-氧化作用是指：脂肪酸在氧化分解时,碳链的断裂发生在脂肪酸的β位,即脂肪酸的碳链的断裂方式是每次切除2个碳原子.细胞溶胶中的长链脂肪酸首先被活化为脂酰辅酶A,然后长链脂酰辅酶A在肉碱的携带下进入线粒体.需要肉碱脂酰转移酶脂肪酸的β-氧化作用四步：脱氢、加水、再脱氢、硫解.循环一次,产生少两个碳原子的脂酰辅酶A和一分子乙酰辅酶A.1mol软脂酸彻底氧化需要进行7次β-氧化,产生8mol乙酰辅酶A.每次β-氧化产生1mol FADH2 和1mol NADH+H+ ,则共产生7molFADH2和7molNADH+H+ .进入呼吸链氧化生成28mol ATP1.5×7+2.5×7=28；8mol 乙酰辅酶A进入TCA循环氧化可生成80molATP10×8；这样1mol软脂酸彻底氧化一共产生108molATP,因活化时消耗2molATP,故净得106molATP.不饱和脂肪酸的氧化与饱和脂肪酸基本相同,单不饱和脂肪酸氧化需要△3-顺,△2-反烯脂酰辅酶A异构酶；多不饱和脂肪酸氧化还需要△2-反,△4-顺二烯脂酰辅酶A还原酶和△3-反,△2-反烯脂酰辅酶A异构酶的共同作用.3.酮体乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮,统称为酮体.酮体在肝中产生,可被肝外组织利用.酮体的生成：在肝中脂肪酸的氧化不是很完全,二分子的乙酰辅酶A可以缩合成乙酰乙酰辅酶A；乙酰乙酰辅酶A再与一分子乙酰辅酶A缩合成β-羟-β-甲戊二酸单酰辅酶A,后者裂解成乙酰乙酸；乙酰乙酸在肝线粒体中可以还原生成β-羟丁酸,乙酰乙酸可以脱羧生成丙酮.酮体的氧化：在肝中形成的乙酰乙酸和β-羟丁酸进入血液循环后送至肝外组织,通过三羧酸循环循环氧化.β-羟丁酸首先氧化成乙酰乙酸,然后乙酰乙酸在β-酮脂酰辅酶A转移酶或乙酰乙酸硫激酶的作用下,生成乙酰乙酸辅酶A,再与第二个辅酶A作用形成两分子一线辅酶A,乙酰辅酶A可进入三羧酸循环循环进行氧化.9.糖的分解代谢1.淀粉的酶促水解1.1 α-淀粉酶可以水解淀粉中任何部位的α-1,4糖苷键,β-淀粉酶只能从非还原端开始水解.,β-淀粉酶不能水解α-1,6糖苷键.水解淀粉中的α-1,6糖苷键的酶是α-1,6糖苷酶.2.糖的分解代谢途径包括糖酵解、三羧酸循环、戊糖磷酸途径、葡萄糖醛酸途径、乙醛酸途径.3.糖酵解无氧条件下,1mol葡萄糖变成2mol丙酮酸并伴随ATP生成的过程称为糖酵解.丙酮酸的三条代谢去路：①在组织缺氧情况下丙酮酸还原为乳酸；②酵母菌可以使丙酮酸还原为乙醇；③有氧条件下,丙酮酸转化为乙酰辅酶A,进入三羧酸循环,彻底氧化为二氧化碳和水.糖酵解从葡萄糖开始,分为10步酶促反应,均在细胞液中进行.糖酵解的调控：从单细胞生物到高等动植物都存在糖酵解过程,其生理意义主要是释放能量,使机体在缺氧情况下仍能进行生命活动.糖酵解的中间产物可为机体提供碳骨架.糖酵解主要受3中酶的调控：①果糖磷酸激酶；①果糖磷酸激酶是最关键的限速酶.1.ATP/AMP比值对该酶活性的调节具有重要的生理意义.当ATP浓度较高时,果糖磷酸激酶几乎无活性,糖酵解作用减弱；当AMP积累,ATP减少时,酶活性恢复,糖酵解作用增强.2.氢离子H可抑制果糖磷酸激酶的活性,防止肌肉中形成过量乳酸而使血液酸中毒.3.柠檬酸可增加ATP对酶活性的抑制作用.果糖-2,6-二磷酸能消除ATP对酶的抑制效应,使酶活化.②己糖激酶活性的调节.果糖-6-磷酸是的别构抑制剂.③丙酮酸激酶活性的调节.果糖-1,6-二磷酸是丙酮酸激酶的激活剂；丙氨酸是该酶的别构抑制剂.ATP、乙酰CoA 也可以抑制该酶的活性.糖酵解中ATP的变化：糖酵解阶段中,由己糖激酶和果糖磷酸激酶催化的两步反应,各消耗1分子的ATP.在丙糖阶段,甘油酸—1,3—二磷酸和烯醇丙酮酸磷酸经底物水平磷酸化反应,个生成1分子ATP,由于果糖—1,6—二磷酸在醛缩酶催化下裂解,相当于生成2分子甘油醛—3—磷酸.因此,每分子葡萄糖在糖酵解阶段净生成2分子ATP.在糖酵解过程中有3步不可逆反应,分别由己糖激酶、果糖磷酸激酶和丙酮酸激酶.其中果糖磷酸激酶是最关键的限速酶,其活性被ATP、柠檬酸所抑制；被AMP和果糖-2,6-二磷酸变构激活.2.糖的有氧分解将糖的有氧分解分为3个阶段,第一是糖酵解阶段,第二是丙酮酸进入线粒体被氧化脱羧成乙酰辅酶A.第三阶段是乙酰辅酶A进入柠檬酸循环生成二氧化碳和水.三羧酸循环循环：乙酰CoA和草酰乙酸缩合为柠檬酸进入三羧酸循环循环.丙酮酸经三羧酸循环循环途径能形成12.5个ATP,每分子葡萄糖能产生2分子的丙酮酸,将产生25个ATP.柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶与α-酮戊二酸脱氢酶系是调控三羧酸循环循环的限速酶.其活性受ATP、NADH等物质的抑制.葡萄糖在有氧条件下氧化分解为二氧化碳和水净生成32分子ATP.乙醛酸途径两种关键酶是苹果酸合酶和异柠檬酸裂解酶.戊糖磷酸途径：两个5碳糖相加生成3碳和7碳糖,后二者相加在生成6碳和4碳糖,5碳与4碳糖相加生成3碳和6碳糖.糖原的分解与合成的关键酶是磷酸化酶与糖原合酶.糖异生:糖异生作用是指非糖物质如甘油,生糖氨基酸和乳酸等合成葡萄糖或糖原的过程.为什么糖异生并非完全是糖酵解的逆转反应8新陈代谢总论和生物氧化1ATP是生物细胞内能量代谢的偶联剂.从低等的单细胞生物到高等的人类,能量的释放、贮存和利用都是以ATP 为中心.ATP含有一个磷酯键和两个由磷酸基团形成的磷酸酐键.6 酶1酶的概念与特点：酶是具有高效性与专一性的生物催化剂.三层含义：一,酶是催化剂；二,酶是生物催化剂；三,酶在行使催化剂功能时,具有高效性与专一性的特点酶的催化效率可以用转换数来表示.2酶的化学本质与组成除核酶外,酶都是蛋白质.酶可以分为单纯蛋白质与缀合蛋白质.缀合蛋白质除了氨基酸残基外,还含有金属离子、有机小分子等化学成分,这类酶称为全酶.全酶中蛋白质部分称为辅酶.非蛋白质部分称为辅因子.酶的分类：1.氧化还原酶类；2.转移酶类；3.水解酶类；4裂合酶类；5异构酶类；6合成酶类.酶的专一性分类：①结构专一性分为绝对专一性与相对专一性；②立体异构专一性旋光异构专一性和几何异构专一性酶的作用机制：活化分子：反应物一种更高能量的状态.过渡态：活化分子所处的这种需要更多能量的状态.基态：与活化分子相对应的普通反应物分子所处的状态.活化能：处于过渡态的分子比处于基态的分子多出来的Gibbs 自由能.酶通过降低反应活化能使反应速率加快.酶活性部位的结构是酶作用机理的结构基础.酶具有高效催化效率的分子机制：酶分子的活性部位结合底物分子形成酶—底物复合物,在酶的帮助下,底物分子进入一种特定的状态,形成此类过渡态所需的活化能远小于非酶促反应所需的活化能,使反应能够顺利进行,形成产物释放出游离的酶,使其能够参与其余底物的反应.与该分子机理相关的因素：1.邻近效应：邻近效应指酶与底物结合以后,使原来游离的底物集中于酶的活性部位,从而减少底物之间或底物与酶的催化基团之间的距离,使反应更容易进行.2.定向效应：指底物的反应基团之间、酶的催化基团与底物的反应基团之间的正确定位与取向所产生的增进反应速率的效应.3.促进底物过渡态形成的非共价作用：当酶与底物结合后,酶与底物之间的非共价可以使底物分子围绕其敏感键发生形变,从而促进底物过渡态的形成.4.酸碱催化：5.共价催化：酶促反应动力学：酶底物中间复合物学说：即酶首先和底物结合生成中=v 间复合物,中间复合物再生成产物.米氏方程：m K S S v v +=][][max ；K m 物理意义：K m 值是反应速率为最大值的一半时的底物浓度.其单位是mol/l影响酶促反应速率的因素包括：抑制剂、温度、ph 值,激活剂.1,通过改变酶必需基团的化学性质从而引起酶活力的降低或丧失的作用称为抑制作用.酶的抑制剂包括不可逆抑制剂与可逆抑制剂.可逆抑制剂可分为：竞争性抑制剂、非竞争性抑制剂、反竞争性抑制剂.氯离子是唾液淀粉酶的激活剂.酶活性的调节酶活性的调节方式：1.通过改变酶的分布于数量来调节酶的活性.2.通过改变细胞内已有的酶分子的活性来调节酶的活性.酶的别构调控许多酶具有活性部位外,还具有调节部位.酶的调节部位可与某些化合物可逆的非共价结合,使酶的结构发生改变,进而改变酶的活性,这种酶活性的调节方式称为别构调节.对别构酶加热或用化学试剂处理,可以使别构酶解离并失去调节活性,称为脱敏作用.对酶分子具有别构调节作用的化合物称为效应物.效应物对别构酶的调节作用可分为同促效应与异促效应.同促效应中,酶的活性部位与调节部位是相同的,效应物是底物,底物与别构酶的某一活性部位相结合可促使剩余底物与其它剩余活性部位相结合,导致酶促反应速率增加,这称为正协同效应.如果底物与酶的某一活性部位结合导致剩余底物更难与其余剩余活性部位结合,则称为负协同效应.异促效应中,酶的活性部位与调节部位是不同的.效应物是非底物分子.酶原的激活酶原：指的是生活物体内合成的无活性的酶的前体.酶原激活：在特定蛋白水解酶的催化作用下,酶原的结构发生改变,形成酶的活性部位,变成有活性的酶.酶原的激活是一个不可逆的过程.5脂质与生物膜1.1.1动植物油的化学本质是脂酰甘油.1.1三酰甘油的理化性质：1.3磷脂分为甘油磷脂与鞘磷脂.最简单的甘油磷脂是磷脂酸.1.4生物膜主要由蛋白质与脂质.4糖类单糖一般是含有3--6个碳原子的多羟基醛或多羟基酮.最简单的单糖是甘油醛和二羟丙酮.单糖的构型以距离醛基最远端不对称碳原子为准,羟基在左边的为L构型,羟基在右边的为D构型.单糖分子中醛基和其他碳原子上羟基成环反应生成的产物为半缩醛.六元环是吡喃糖,五元环为呋喃糖.六元环更稳定.连接半缩醛羟基的碳称为异头碳.异头物的半缩醛羟基与决定构型的羟基在同侧着为α型,在相反者为β构型.单糖的构型：椅式构象更稳定.糖类衍生物甘露醇在临床上用来降低颅内压和治疗急性肾衰竭.葡糖醛酸是人体一种重要的解毒剂.寡糖寡糖是少数单糖2-10缩合的聚合物,低聚糖是指20个以下单糖缩合的聚合物.麦芽糖成键类型：α1-4糖苷键,多糖多糖是由多个单糖基以糖苷键相连而成的高聚物.多糖没有还原性和变旋性.淀粉天然淀粉一般由直链淀粉与支链淀粉组成.直链淀粉是D—葡萄糖基以α—1,4糖苷键连接的多糖链.直链淀粉分子的空间构象是卷曲成螺旋形的,每一回旋为6个葡萄糖基.显色螺旋构象是碘显色的必要条件,碘分子进入淀粉螺旋圈内,糖游离羟基称为电子供体,碘分子成为电子受体,形成淀粉碘络合物,呈现颜色.其颜色与糖链的长度有关.直链淀粉成蓝色,支链淀粉成紫红色.纤维素自然界中最丰富的有机化合物是纤维素.纤维素是一种线性的由D—吡喃葡糖基以β—1,4糖苷键3.核酸RNA：核糖核酸DNA：脱氧核糖核酸A 腺嘌呤T 胸腺嘧啶G 鸟嘌呤C胞嘧啶U 尿嘧啶核苷：是戊糖和含氮碱基生成的糖苷.核苷酸间的连接键是3,5—磷酸二酯键.碱基序列表示核酸的一级结构,DNA双链的螺旋形空间结构称DNA的二级结构.A与T配对形成2个氢键,G与C配对形成3个氢键.增色效应：核酸水解为核苷酸,紫外吸收值增加.核酸结构的稳定性因素：1 碱基对间的氢键.2 碱基堆积力.3 环境中的正离子核酸变性在核酸变性时,将紫外吸收的增加量达到最大增量的一半时的温度值称溶解温度,即Tm.影响Tm的因素：1.G—C对含量,G—C对含量越高,Tm也越高.2.溶液的离子强度离子强度较低的介质中,Tm较低.3.溶液的Ph4.变性剂复性：变性核酸的互补链在适当的条件下重新缔合成双螺旋的过程成为复性.变性核酸复性时需要缓慢冷却,故又称退火.变性核酸复性后,核酸的紫外吸收降低,这种现象称为减色效应.影响复性的因素：1 复性的温度 2单链片段的浓度 3 单链片段的长度 4 单链片段的复杂度 5 溶液的离子强度分子杂交：在退火条件下,不同来源的DNA互补区形成双链,或DNA单链和RNA单链的互补区形成DNA—RNA杂合双链的过程称为分子杂交.2蛋白质1.蛋白质的分类蛋白质的平均含氮量为16%.2.蛋白质的组成蛋白质的水解产物为氨基酸等电点：。
细胞内蛋白质的降解
5.1.2.2 叶绿体中的蛋白降解系统
5.1.2.2 Protein Degradation System in Chloplast
5.1.3
蛋白质降解的生物学意义
最近十几年对各类生物细胞内蛋白降解的 研究取得了长足的进展。以植物细胞为例， 每个区隔有一个或多个降解途径（图5.1）。
图5.1 植物细胞中蛋白酶和蛋白水解途径的亚细胞定位
在氨基酸供给不足的条件下，自体吞噬泡的数量增加，细胞 蛋白降解加速，以弥补氨基酸代谢库的亏缺。
许多激素调节着溶酶体的蛋白降解速率，如胰岛素可通过 减少自体吞噬泡的形成抑制肝和骨骼肌溶酶体系统降解蛋白；而 甲状腺素却加速肌肉溶酶体酶的合成和蛋白质降解速率。
在许多病理条件下溶酶体系统主要负责降解糖蛋白、蛋白 聚糖、脂蛋白、膜蛋白、外来蛋白等，但至今还没有足够的证据 表明它的作用是高度选择性的。
（不依赖ATP的胰蛋白酶活性和胰凝乳蛋白酶活性，最大的蛋白酶）
ClpP
ClpAP
E.coli HslVU蛋白酶
FtsH蛋白酶
FtsH蛋白酶
Tricorn Proteinase
5.1.2 细胞内蛋白质降解系统
5.1.2.1 溶酶体系统
1960 年 代 De Duve 证 实 ， 溶 酶 体 富 含 在 酸 性 条 件 下 起作用的酶，能把经内吞被摄入细胞的外源蛋白或经受体 介 导 胞饮 进 入的 脂 蛋白 、 铁传 递 蛋白 、 激素 、受体等 长寿命蛋白迅速降解成肽和氨基酸。
这些现象暗示，蛋白质的半寿期取决于它特有的结构和 细胞内环境。 特定蛋白质的降解速率以及细胞或组织中蛋白质降解的 总速率在不同生理条件下是可变的，如应答激素刺激或饥饿。 底物、产物、辅因子甚至药物也能影响蛋白质在细胞内的 降解速率，例如色氨酸加氧酶在其底物色氨酸和辅因子血红素 存在时降解较慢；谷酰胺合成酶在其终产物谷酰胺浓度增大时 加速降解。这种效应的分子机制尚不明了，但在生理上的合理 性显而易见，它保证在底物大量存在时酶保持较高浓度，或者 当产物过多时酶的水平适当降低。
真核细胞内蛋白质的降解途径
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。
蛋白质降解的机制和调节
蛋白质降解的机制和调节蛋白质是生物体内最为重要的有机分子之一，参与了许多生命活动。
然而，在生物体内，蛋白质不是一成不变的，而是会经历一系列复杂的调节和代谢过程。
其中，蛋白质降解是一个重要的过程，本文将介绍蛋白质降解的机制和调节。
一、蛋白质降解的机制1.泛素-蛋白酶体途径泛素-蛋白酶体途径是蛋白质降解的主要途径之一。
它主要涉及到两种分子：泛素和蛋白酶体。
泛素是一种小分子蛋白，它可以与需要降解的蛋白质结合，形成一个泛素-蛋白质复合物。
然后，这个复合物会被运输到蛋白酶体中，其中被蛋白酶体导致的蛋白酶水解降解后，相应的泛素会从复合物上被解离，可以再循环使用。
2.赖氨酸体系除了泛素-蛋白酶体途径外，还有一个重要的降解途径：赖氨酸体系。
赖氨酸是蛋白质分子中的一种氨基酸，有时也被称为“降解性氨基酸”，因为它可以被一种特殊的酶——赖氨酸脱氨酶（AAD）降解。
赖氨酸体系的分解具有很高的特异性，能够只降解含有特定氨基酸序列的蛋白质。
因此，在一些情况下，赖氨酸体系被认为是比泛素-蛋白酶体途径更为适合的降解策略。
二、蛋白质降解的调节1.翻译后修饰翻译后修饰是影响蛋白质降解的一个重要因素。
在翻译过程中，多种修饰机制会发生。
一些翻译后修饰对降解有一定的保护作用，而另一些会促进降解。
例如，泛素化通常是蛋白质降解的标志，在这种情况下，泛素修饰通常会促进降解。
而且，磷酸化通常会抑制降解；而其他修饰如糖基化和乙酰化则对降解有不同程度的影响。
2.蛋白酶的活性和选择性蛋白酶的活性和选择性也对蛋白质降解起到重要的作用。
不同的蛋白酶具有不同的降解特性，它们能够识别不同的氨基酸序列和结构。
因此，在不同的细胞环境中，可能存在不同种类和数量的蛋白酶，这些蛋白酶能够协调地降解特定的蛋白质，从而帮助细胞维持正常的生理状态。
3.细胞信号途径最后，细胞信号途径也可以调节蛋白质降解。
在许多情况下，信号分子可以激发或抑制蛋白质降解的关键步骤，从而影响蛋白质的代谢和降解速率。
细胞内蛋白质降解的调控机制
细胞内蛋白质降解的调控机制细胞内蛋白质降解是维持生命活动的重要机制之一，能够清除一些不需要的蛋白质或者有毒的蛋白质，同时也能够调节一些重要的信号通路。
细胞内蛋白质降解是一个复杂的过程，需要不同的酶和蛋白质参与其中，而这些酶和蛋白质也需要特定的调控来保证降解过程的及时和有效。
本篇文章将从三个方面来讨论细胞内蛋白质降解的调控机制：泛素-蛋白酶体途径、自噬途径和信号通路对于降解的影响。
一、泛素-蛋白酶体途径泛素-蛋白酶体途径是最为知名的一种细胞内蛋白质降解途径，它能够清除细胞内的大部分蛋白质，并且已经被广泛研究。
泛素-蛋白酶体途径中的泛素是一个小分子蛋白，它能够与目标蛋白结合并在酶体中催化目标蛋白的降解。
泛素化是一个复杂的过程，其包括泛素激活酶、泛素转移酶和泛素连接酶三个步骤。
泛素激活酶将泛素从ATP和单磷酸（PPi）中脱离出来，并且将泛素结合到自身活性位点中，产生一个强烈的泛素-AMP连接中间体。
随后，泛素转移酶将泛素移交给泛素连接酶，并且泛素连接酶会将泛素与目标蛋白结合，形成一个泛素-目标蛋白复合物。
这个复合物会被转运到蛋白酶体中，并且在蛋白酶体中催化降解过程。
泛素连接酶可以选择不同的链接位置，从而控制泛素的链式类型，影响目标蛋白的降解效率。
泛素-蛋白酶体途径中的泛素化是一个高度调控的过程，一旦出现异常会引发许多疾病。
例如，糖尿病和阿尔兹海默病中都伴随有降解途径的异常，这些异常会影响正常的蛋白质降解，从而导致疾病的产生。
二、自噬途径自噬是一个非常重要的蛋白质降解途径，它能够清除一些无法通过泛素-蛋白酶体途径降解的蛋白质和一些整个细胞或细胞器。
自噬依赖于一个特殊的细胞器——自噬体。
自噬体的形成需要一系列蛋白质和膜脂质，其中最为重要的蛋白质是微管相关蛋白1A/1B轻链3（LC3）。
LC3在自噬体形成过程中扮演着重要的角色，能够通过和自噬体膜结合来促进自噬体的形成和碎片化。
自噬途径的调控涉及到多个信号通路和大量蛋白质，其中最为重要的是mTOR信号通路和膜蛋白系统。
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直到1970年代末才真正揭示了细胞内蛋白质选择性 降解的分子机制，降解是维护细胞内蛋白质水平不可 或缺的控制步骤。
细胞内特定蛋白质的动态变化像放射性同位素一样，服从 一级反应动力学。常用半寿期表示其降解速率，即一种蛋白质 合成之后被降解一半所用的时间。
丝氨酸蛋白酶 及其活性中心 的结构
枯草溶菌素
胰蛋白酶胰腺胰蛋 白酶抑制 剂复合物
（2）半胱氨酸蛋白酶（EC3.4.22）：其活性中心都 有Cys-His，通过共价催化裂解特定的肽键，受低浓度 对-羟基汞苯甲酸（pHMB）和碘乙酸等烷基化试剂抑制。
按进化渊源可划分成三个家族：链球菌溶血素家族 （streptolysin）；梭菌蛋白酶家族（clostripain） 和木瓜蛋白酶家族（papain）。
短寿命蛋白质： 长寿命蛋白质：
表5.1 大鼠肝细胞一些蛋白质的半寿期
蛋白质 鸟氨酸脱羧酶 δ-氨基γ--酮戊酸合酶 RNA聚合酶Ⅰ 酪氨酸氨基转移酶 色氨酸加氧酶 脱氧胸苷激酶 β-羟基-β-甲基戊二酰辅酶A还原酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 精氨酸酶 醛缩酶 细胞色素b5 甘油醛3-磷酸脱氢酶 细胞色素b 乳酸脱氢酶（同工酶5） 细胞色素c 透明质酸酶
真核细胞半胱氨酸蛋白酶都属于木瓜蛋白酶家族，主要 存在于细胞溶胶和溶酶体（液泡）内，如组织蛋白酶B、L 、 H、N、S、M、T、依赖金属的半胱氨酸蛋白酶等。
钙依蛋白calpain (calcium-dependent papain-like proteinase)也属于木瓜蛋白酶家族，是一种Ca2+激活的中性 蛋白酶，由80kDa大亚基和30kDa小亚基组成，在细胞溶胶中 降解细胞骨架、受体等长寿命蛋白和一些蛋白激酶。
(ATP依赖型丝氨酸蛋白酶,从线粒体中清除被氧化的蛋白质)
胃蛋白酶
天冬氨酸蛋白酶及其 活性中心的结构
（4）金属蛋白酶（EC 3.4.24）：活性部位有必要 的二价金属离子，绝大多数情况下是Zn2+，有时为Ca2+， 分子量17～800kDa，受金属螯合剂如EDTA等的抑制。
金属蛋白酶中深入研究过嗜热菌蛋白酶，其中的 Zn2+直接参与肽键断裂，Ca2+主要稳定酶分子的构象。 属于金属蛋白酶的还有ER、线粒体和叶绿体的信号肽酶、 成 纤 维 细 胞 胶 原 酶 、 白 明 胶 酶 、 脑 啡 肽 酶 、 原 胶 原 C蛋白酶、meprin等。
特定蛋白质的降解速率以及细胞或组织中蛋白质降解的 总速率在不同生理条件下是可变的，如应答激素刺激或饥饿。
底物、产物、辅因子甚至药物也能影响蛋白质在细胞内的 降解速率，例如色氨酸加氧酶在其底物色氨酸和辅因子血红素 存在时降解较慢；谷酰胺合成酶在其终产物谷酰胺浓度增大时 加速降解。这种效应的分子机制尚不明了，但在生理上的合理 性显而易见，它保证在底物大量存在时酶保持较高浓度，或者 当产物过多时酶的水平适当降低。
细胞内蛋白质的半寿期并不相同，如表5.1所示，大鼠肝 细胞酶类的半寿期多在11分钟（鸟氨酸脱羧酶）到数周范围内。
即使在同一细胞器内，蛋白质的降解速率也不相同，例如 心肌线粒体中δ-氨基-γ酮戊酸合酶和鸟氨酸转氨甲酰酶相比 细胞色素的降解要快得多。
这些现象暗示，蛋白质的半寿期取决于它特有的结构和 细胞内环境。
第五章
细胞内蛋白质降解
5.1．概述
早 在 1940 年 代 ， H.Borsook 和 R.Schoenheimer 利 用 同位素标记试验证明了活细胞组分不断进行更新。细胞 不断地用氨基酸合成蛋白质，又把蛋白质降解成氨基酸， 这种貌似浪费的过程实际上为细胞提供了防止反常蛋白 积累以及控制酶和调节蛋白总量的重要手段。
目前还发现一些重要的蛋白酶不属于以上四类， 如蛋白酶体、半胱天冬蛋白酶等。
思 嗜热菌蛋白酶
金属蛋白酶及其活性中心 的结构
5.1.1.2Biblioteka 蛋白酶复合物古细菌、原核、真核生物，都有多个亚基组成的、自我 区隔化的（self-compartmentalization）蛋白酶复合物
(1) E.coli Lon 蛋白酶
丝氨酸蛋白酶包括胰凝乳蛋白酶家族 （chymotrypsin）和枯草溶菌素家族（subtilysin）， 真核细胞的丝氨酸蛋白酶均属前者，其中有许多是分 泌型蛋白酶，如胰蛋白酶、弹性蛋白酶、凝血酶、血 浆激肽释放酶、脯氨酰基肽链内切酶、精子头粒蛋白 酶、组织蛋白酶G和R等。
胰 胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶
木瓜蛋白酶
半胱氨酸蛋白酶及其活性 中心的结构
（3）天冬氨酸蛋白酶（EC 3.4.23）：活性中心有 两个Asp，主要通过广义酸碱催化裂解特定的肽键，其受 抑胃肽（pepstatin）专一抑制。
天冬氨酸蛋白酶仅存在于真核细胞，分子量约 30~40kDa，如胃蛋白酶、凝乳酶、肾素、组织蛋酶D和E等。
细胞内蛋白酶种类繁多，其分子大小和结构、作用 机制和调节机制以及亚细胞定位等差异甚大，前人按其 活性中心必需基团将蛋白酶划分为以下四类：
羧肽酶及其活性中心的结构
5.1.1.1.蛋白酶的分类
（1）丝氨酸蛋白酶（EC 3.4.21）：其活性中心 都有一个 Asp-His-Ser催化三元组 ，通过共价催化 裂解特定的肽键，都受二异丙基氟磷酸（DIFP）抑制。
半寿期（h） 0.2 1.1 1.3 2.0 2.5 2.6 3.0 5.0 96 118 122 130 130 144 150 240
5.1.1 蛋白酶
为了能尽快把蛋白质降解成氨基酸，细胞在进化中 形成了许多裂解肽键的酶，肽酶（peptidase）。
肽酶按其作用特点分为肽链外切酶（exopeptidase） 和 肽 链 内 切 酶 （ endopeptidase ） 。 前 者 包 括 氨 肽 酶 （aminopeptidase）和羧肽酶（carbaxypeptidase）， 分别从肽链的N-端和C-端裂解肽键，每次切下一个氨基 酸。肽链内切酶即蛋白酶，作用于肽链内部的肽键。