泛素 蛋白酶体系统PPT精选文档
蛋白质泛素化修饰的技术路线PPT课件
针对感染性疾病的治疗，一些研究关注利用泛素化系统来抑制病毒或细菌的复制。通过 调节泛素化修饰相关信号通路，可以抑制感染进程并改善疾病预后。
04
泛素化修饰的干预手段
药物干预
01
02
03
靶向药物
针对特定蛋白质的泛素化 修饰，开发靶向药物，以 调节蛋白质的稳定性、定 位或功能。
开发泛素化修饰相关药物
基于对泛素化修饰机制的理解，开发能够调节泛素化修饰的药物，用于治疗相关疾病。
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抑制酶活性
通过抑制泛素化修饰相关 酶的活性，调控蛋白质的 泛素化水平，进而影响其 生物学功能。
激活酶活性
激活泛素化修饰相关酶的 活性，增加特定蛋白质的 泛素化修饰，以调节其生 物学行为。
基因治疗
基因敲除
通过基因敲除技术，消除 与泛素化修饰相关的基因， 从而调控蛋白质的泛素化 状态。
基因过表达
过表达与泛素化修饰相关 的基因，增加特定蛋白质 的泛素化修饰，以调节其 生物学功能。
泛素化修饰在神经退行性疾病中的作用
泛素化修饰可以调控神经元的生长、突起和凋亡等过程。在神经退行性疾病中，异常的泛 素化修饰可能导致神经元功能障碍和死亡。
神经退行性疾病治疗中的泛素化修饰研究
针对神经退行性疾病的治疗，一些研究关注调节泛素化修饰相关信号通路。通过抑制某些 泛素化酶的活性或调节相关信号通路，可以延缓神经元死亡和疾病进展。
蛋白质泛素化修饰的技术路线ppt 课件
目录
• 泛素化修饰概述 • 泛素化修饰的检测技术 • 泛素化修饰相关疾病研究 • 泛素化修饰的干预手段 • 展望与未来研究方向
01
泛素化修饰概述
泛素化修饰的定义
泛素化和泛素蛋白酶体
泛素化和泛素蛋白酶体泛素化是一种重要的细胞调控机制，它通过将小分子泛素与目标蛋白结合，参与调控蛋白的降解、定位、激活等过程。
而泛素蛋白酶体则是负责泛素化蛋白降解的细胞器。
本文将从泛素化的机制、泛素蛋白酶体的结构和功能以及其在细胞调控中的重要作用等方面进行阐述。
一、泛素化的机制泛素化是一种通过泛素连接目标蛋白的调控机制。
泛素是一种由76个氨基酸组成的小分子蛋白质，它通过泛素连接酶（E1）、泛素转移酶（E2）和泛素连接酶（E3）等酶系统与目标蛋白结合。
这个过程被称为泛素化，也被称为泛素连接。
具体而言，泛素连接酶（E1）首先将泛素激活为泛素腺苷二磷酸（Ub-AMP），然后将泛素转移给泛素转移酶（E2）。
接着，泛素连接酶（E3）将泛素从泛素转移酶（E2）转移到目标蛋白上，形成泛素化的目标蛋白。
这个过程可以重复多次，形成多个泛素连接在一起的链状结构。
不同类型的泛素链状结构会导致不同的信号传递通路，从而调节蛋白的功能。
二、泛素蛋白酶体的结构和功能泛素蛋白酶体是一种细胞器，主要负责降解泛素化的蛋白。
它是由多个亚基组成的大分子复合物，其中最重要的亚基是泛素结合酶（Rpn）和20S核心粒子。
泛素结合酶（Rpn）负责识别和结合泛素化的蛋白，将其引导到20S核心粒子中进行降解。
20S核心粒子是泛素蛋白酶体的核心结构，它由多个蛋白亚基组成，形成一个中空的圆柱状结构。
这个结构中有多个降解酶活性位点，可以降解泛素化的蛋白。
泛素化的蛋白通过泛素结合酶（Rpn）引导进入20S核心粒子中，被降解酶降解为小片段，最终释放出氨基酸，供细胞重建新的蛋白。
三、泛素化和泛素蛋白酶体在细胞调控中的重要作用泛素化和泛素蛋白酶体在细胞调控中起着重要的作用。
首先，泛素化可以调控蛋白的降解。
通过连接不同类型的泛素链，可以选择性地将蛋白送入泛素蛋白酶体进行降解，从而维持细胞内蛋白的动态平衡。
其次，泛素化还可以调控蛋白的定位。
通过连接特定的泛素链，可以将蛋白定位到细胞的特定位置，实现其特定功能。
泛素化蛋白酶体 热点
泛素－蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome system, UPS）是细胞内蛋白质降解的主要途径，参与细胞内80%以上蛋白质的降解。
泛素-蛋白酶体系统ubiquitin-proteasome system：一个多步骤反应过程，有多种不同蛋白质参与。
蛋白质先被泛素（多肽）标记，然后被蛋白酶体识别和降解。
通过这样一个需要消耗能量的过程，细胞以高度特异方式对不需要的蛋白进行降解。
该系统包括泛素、泛素活化酶E1，泛素结合酶E2s，泛素-蛋白连接酶E3s，26S蛋白酶体和泛素解离酶DUBs。
UPS是细胞内一系列生命进程的重要调节方式,与疾病的发生发展关系密切。
研究证实泛素-蛋白酶体系统在心血管疾病中具有重要的病理生理学意义，可调节动脉粥样硬化、缺血后再灌注损伤、家族性心肌病、心肌肥厚和心脏衰竭等重要疾病的发生和发展。
另外，最新的研究表明，UPS的重要作用还在于其被充分利用后，可以代谢诸如毒素、脂肪、癌细胞在内的人体垃圾，另外代谢产生的能量可刺激细胞进行自我复制以完成人体的自我代谢修复功能。
泛素-蛋白酶体系统及其重要作用
泛素-蛋白酶体系统及其重要作用每日生物评论资讯/技术/知识/智慧泛素-蛋白酶体系统ubiquitin-proteasome system：一个多步骤反应过程，有多种不同蛋白质参与。
蛋白质先被泛素（多肽）标记，然后被蛋白酶体识别和降解。
通过这样一个需要消耗能量的过程，细胞以高度特异方式对不需要的蛋白进行降解。
该系统包括泛素、泛素活化酶E1，泛素结合酶E2s，泛素-蛋白连接酶E3s，26S蛋白酶体和泛素解离酶DUBs。
⒈泛素：含有76个氨基酸残基，具有7个赖氨酸残基(K6，K11，K27，K29，K33，K48，K63)和一个甲硫氨酸残基(M1)：MQIFVKTLTGKTITLEVEPSDTIENVKAKIQDKEGIPPDQQRLIFAGKQL EDGRTLSDYNIQKESTLHLVLRLRGG，分子量约8.5kDa，泛素之间主要通过赖氨酸残基和甲硫氨酸残基进行各种连接，泛素链与蛋白底物的结合形成被蛋白酶体降解的识别信号，根据泛素与底物的连接位点。
目前有9种方式的泛素化，包括M1, K6，K11，K27，K29，K33，K48，K63, G76。
不同方式的泛素化调控不同的功能。
其中，与蛋白酶体降解相关的泛素化为K48。
⒉泛素活化酶E1：通过半胱氨酸残基与泛素C端活化的甘氨酸残基形成硫酯键，E1-泛素中间体中的泛素可以转移给数个E2。
⒊泛素结合酶E2：以泛素结合酶方式起作用，活性部位为半胱氨酸，E1将活化后的泛素转移到E2半胱氨酸的巯基上。
⒋泛素连接酶E3：为泛素-蛋白酶体系统选择性降解机制的关键因素，识别被降解的蛋白并将泛素连接到底物上。
⒌蛋白酶体（2.5MDa）：由2个19S和1个20S亚单位组成的桶状结构，19S为调节亚单位，位于桶状结构的两端，识别多聚泛素化蛋白并使其去折叠。
19S亚单位上还具有一种去泛素化的同功肽酶，使底物去泛素化。
20S为催化亚单位，位于两个19S亚单位的中间，其活性部位处于桶状结构的内表面，可避免细胞环境的影响。
泛素蛋白酶体通路生命科学研究进展ppt课件
（ 2 ） 泛 素 特 异 性 加 工 酶 ( ubiquitin - spicific prote2ases UBPs/USPs)：分子量大约为100 KD,参与去除和解聚底物蛋白质上的 多聚泛素键,从而防止多聚泛素在底物蛋白的聚集。
1和3：E1、E2催化的泛素激活反应，消耗ATP；2：E3催化的蛋 白质激活反应，消耗ATP；4：依赖于E3的蛋白质泛素化反应； 5：不依赖于E3的蛋白质泛素化反应；6：26S蛋白体催化蛋白 质水解；7和8：异肽酶催化的水解反应，使泛素游离出来。
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去泛素化作用是泛素化过程的逆转。在真核细胞内 已发现多种去泛素化酶,它们能够水解泛素和底物蛋白之间的 硫酯键,还能把错误识别的底物从泛素化复合体中释放出来。 它们又可以分为两类:
2004年
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2004年10月16日瑞典皇家科学院将该年度诺贝尔化学奖授予 以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国科学家欧 文·罗斯，以表彰他们在泛素调节的蛋白质降解研究领域中的卓越 成就。
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6
蛋白质降解
调控动植物体内几乎所有的生命活动（细胞增殖、 分化、凋亡、DNA复制和修复、转录和蛋白质质 量控制等，参与病原体的入侵、致病和免疫等过 程）：
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泛素的结构与组成
泛 素 含 有 76 个 氨 基酸残基,广泛存在于真核 生物,目前尚未发现泛素存 在于原核生物中，泛素的 氨基酸序列极其保守。泛 素基因主要编码两种泛素 前体蛋白质:一种是多聚泛 素,另一种是泛素融合蛋白。
泛素蛋白酶体
泛素—蛋白酶体途径代谢异常与2型糖尿病发生的关系随着社会的进步发展，人们生活水平的提高，糖尿病(diabetes mellitus,DM) 的发病率逐年增高。
据统计2011年全球糖尿病患者总数约 3.66 亿[1]，到2030 年患病人数预计将达到 5.52 亿，这其中 85%～90%为 2 型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)，而中国、印度和美国为世界糖尿病三大国[2]。
T2DM以及其相应带来的并发症已成为严重威胁人类机体健康的主要慢性病之一，不仅给患者身心带来巨大困扰，而且增加了患者家庭乃至社会的医疗负担。
T2DM主要表现为胰岛素抵抗和胰岛素分泌缺陷而非胰岛B细胞自身免疫破坏。
然而其确切发病机制尚未明确。
近年来，人们发现在肥胖、糖尿病等众多机体代谢紊乱情况下，胰岛素靶器官中泛素-蛋白酶体系统（Ubiquitin-Proteasome System, UPS）活性明显上调，并且表现出相应的病理表现[3]，UPS在T2DM及其并发症的发生、发展过程中起了重要作用。
现将其机制作一综述。
1. 泛素—蛋白酶体系统的组成UPS由泛素（ubiquitin, Ub）、泛素活化酶（ubiquitin—activating enzyme, E1 ）、泛素结合酶（ubiquitin—conjugating enzyme, E2）、泛素蛋白连接酶（ubiquitin—protein ligase, E3 ）、蛋白酶体及其底物（蛋白质）构成，其对靶蛋白的降解是一种三级酶联反应过程。
通过UPS，细胞几乎可以对其内在的任何一种蛋白质进行高度特异性的降解，整个过程由底物蛋白的泛素化和蛋白酶体降解两个部分组成[4]【4】。
泛素化是对特异的靶蛋白进行泛素修饰的过程，泛素化修饰涉及泛素激活酶 E1、泛素结合酶 E2 和泛素连接酶 E3 的一系列反应。
首先在 ATP 供能的情况下，泛素分子 C 端的 Gly 残基与 E1 激活酶上的 Cys 残基结合，将泛素激活；接着，激活酶将活化的泛素分子通过转酰基作用转移到 E2 结合酶的 Cys 残基上，二者以硫酯键连接；之后，随着泛素连接酶识别靶蛋白，E3 连接酶分别结合着携带着泛素分子的 E2 结合酶和待泛素化修饰的底物蛋白，在连接酶的作用下，泛素分子从结合酶上转移到底物蛋白上，完成泛素化修饰。
泛素-蛋白酶体
蛋白酶体蛋白酶体是在真核生物和古菌中普遍存在的，在一些原核生物中也存在的一种巨型蛋白质复合物。
在真核生物中，蛋白酶体位于细胞核和细胞质中。
蛋白酶体的主要作用是降解细胞不需要的或受到损伤的蛋白质，这一作用是通过打断肽键的化学反应来实现。
能够发挥这一作用的酶被称为蛋白酶。
蛋白酶体是细胞用来调控特定蛋白质和除去错误折叠蛋白质的主要机制。
经过蛋白酶体的降解，蛋白质被切割为约7-8个氨基酸长的肽段；这些肽段可以被进一步降解为单个氨基酸分子，然后被用于合成新的蛋白质。
需要被降解的蛋白质会先被一个称为泛素的小型蛋白质所标记（即连接上）。
这一标记反应是被泛素连接酶所催化。
一旦一个蛋白质被标记上一个泛素分子，就会引发其它连接酶加上更多的泛素分子；这就形成了可以与蛋白酶体结合的“多泛素链”，从而将蛋白酶体带到这一标记的蛋白质上，开始其降解过程。
从结构上看，蛋白酶体是一个桶状的复合物，包括一个由四个堆积在一起的环所组成的“核心”（右图中蓝色部分），核心中空，形成一个空腔。
其中，每一个环由七个蛋白质分子组成。
中间的两个环各由七个β亚基组成，并含有六个蛋白酶的活性位点。
这些位点位于环的内表面，所以蛋白质必须进入到蛋白酶体的“空腔”中才能够被降解。
外部的两个环各含有七个α亚基，可以发挥“门”的作用，是蛋白质进入“空腔”中的必由之路。
这些α亚基，或者说“门”，是由结合在它们上的“帽”状结构（即调节颗粒，右图中红色部分）进行控制；调节颗粒可以识别连接在蛋白质上的多泛素链标签，并启动降解过程。
包括泛素化和蛋白酶体降解的整个系统被称为“泛素-蛋白酶体系统”。
蛋白酶体降解途径对于许多细胞进程，包括细胞周期、基因表达的调控、氧化应激反应等，都是必不可少的。
2004年诺贝尔化学奖的获奖主题就是蛋白质酶解在细胞中的重要性和泛素在酶解途径的作用，而三位获奖者为阿龙〃切哈诺沃、阿夫拉姆〃赫什科和欧文〃罗斯。
发现在发现泛素-蛋白酶体系统之前，细胞中的蛋白质降解被认为主要依赖于溶酶体，一种膜包裹的囊状细胞器，内部为酸性环境且充满了蛋白酶，可以降解并回收外源蛋白质以及衰老或损伤的细胞器。
泛素蛋白酶水解系统
泛素蛋白酶水解系统泛素蛋白酶水解系统是细胞中重要的降解途径，它参与调控蛋白质降解、调节细胞周期、维持细胞稳态等多种生物学过程。
本文将从泛素蛋白酶的结构与功能、泛素化作用的调控、泛素蛋白酶的分类与功能等方面对泛素蛋白酶水解系统进行介绍。
一、泛素蛋白酶的结构与功能泛素蛋白酶是一类能够降解泛素化蛋白的酶，它由泛素结合酶（E1）、泛素转移酶（E2）和泛素连接酶（E3）组成。
其中，泛素结合酶负责将游离泛素与ATP结合形成泛素-AMP化物，再将泛素从泛素-AMP化物中释放出来。
泛素转移酶接受泛素结合酶转移过来的泛素，并将其与目标蛋白连接。
泛素连接酶是决定泛素化靶蛋白的种类和位置的关键酶，它通过与泛素转移酶和靶蛋白相互作用，催化泛素的连接反应。
泛素蛋白酶通过这一复杂的酶系统，将泛素与靶蛋白连接，从而标记靶蛋白以供降解。
泛素蛋白酶水解系统在细胞内起着至关重要的作用。
它参与调控细胞周期、修复DNA损伤、调节转录和翻译、维持细胞稳态等多个生物学过程。
此外，泛素蛋白酶还参与调控细胞凋亡、抗原表位呈递、免疫应答等。
二、泛素化作用的调控泛素化作用是泛素蛋白酶水解系统的关键步骤之一，其调控对维持细胞内蛋白质平衡至关重要。
泛素化作用的调控主要涉及到三个环节：泛素结合酶、泛素转移酶和泛素连接酶。
1. 泛素结合酶的调控：泛素结合酶的活性受到多种因素的调控，如磷酸化、乙酰化、泛素结合辅因子的参与等。
这些调控机制能够调节泛素结合酶与泛素结合的亲和力，从而影响泛素化的效率和特异性。
2. 泛素转移酶的调控：泛素转移酶的活性主要受到泛素连接酶和底物蛋白的调控。
泛素连接酶可以通过与泛素转移酶结合，促进泛素转移酶的活性。
底物蛋白则可以与泛素转移酶相互作用，促进泛素转移酶与底物蛋白之间的结合。
3. 泛素连接酶的调控：泛素连接酶的调控主要包括底物特异性和底物识别。
泛素连接酶通过与底物蛋白相互作用，将泛素转移到底物蛋白上。
底物特异性是指泛素连接酶对不同底物的选择性，底物识别是指泛素连接酶通过与底物蛋白的结合来调控泛素连接的位置。
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泛素是于1975年发现的 一种在真核生物细胞内 高度保守的多肽，由76 个氨基酸组成，分子量 约85 kD。泛素分子紧 密折叠成球形，5股混 合的R片层形成一个腔 样结构，内部对角线位 置有1个a螺旋。这个结 构称为泛素折叠。
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Functionally relevant features of the Ub structure. The seven lysine residues are shown in red and labeled, while the L8–I44–V70 hydrophobic patch is shown in gold ball-andstick
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2004年10月6日，瑞典皇家科学院宣布，将2004年诺贝尔化 学奖授予以色列科学家阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美 国科学家欧文·罗斯(从左至右)，以表彰他们发现了泛素调节 的蛋白质降解。
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泛素
Functionally relevant features of the Ub structure. The seven lysine residues are shown in red and labeled, while the L8–I44–V70 hydrophobic patch is shown in gold ball-andstick
ligase complex
● Phosphoprotein-ubiquitin
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N-end rule E3
E3α：大约200KD,识别并有特殊的结合N端序列由碱性氨基酸 或疏水氨基酸组成的蛋白的位点;
一些没有符合N端规则的N端氨基酸序列的蛋白底物， 可以结合在E3α假定的“body”位点。
E3β：识别并结合N端氨基酸不带电、小侧链的蛋白。
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E3s(泛素连接酶)
● 底物识别（binds directly or indirectly）和催化 泛素转移(directly or indirectly, from a thiolester intermediate) ● 决定泛素化途径的底物的多样性和选择性
Possible mechanisms of ubiquitin transfer by different types of E3 enzymes.
Functionally relevant features of the Ub structure. The seven lysine residues are shown in red and labeled, while the L8–I44–V70 hydrophobic patch is shown in gold ball-andstick
泛素
疏水核心和大量的氢键， 赋予泛素特殊的稳定性， 能够防止在结合和靶向 性降解循环中变性失活， 从而保证泛素循环的运 行。C末端第76位含有 一个泛素化必须的甘氨 酸。泛素与其它蛋白都 是通过C-未端第76位甘 氨酸来连接的。
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拥有双甘氨酸残基的 SUMO，C-末端甘氨酸 通过硫酯键与E1激活酶 的半胱氨酸残基相连。 Ubc9是目前发现的唯一 一种E2结合酶，它可以 直接识别底物，从而最 终将SUMO通过异肽键 偶联到底物蛋白的赖氨 酸残基上。
泛素分子间不同的连 接方式 产生作用不同 的信号
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El可以水解ATP,与泛素的羧基末端形成高能硫酯键而激活泛素
在真核生物中，这个激活反应由两步构成:
ATP和泛素起始形成泛素-腺苷酸中间物并释 放PPi
泛素-腺苷酸中间物与E1半胱氨酸残基发生反 应形成E1-Ub硫酯键
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E1
• 仅有单一的E1 ，对靶蛋白无特异性 • 大约1100个氨基酸，含有位置固定的保守的半
胱氨酸残基 • E1有2个亚型Ela和Elb ，是由同一个mRNA在不
同的起始位点翻译而成的，存在于细胞浆和细 胞核中
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级联反应的第二步是泛素分子在E2s (泛素结合 酶 或 Ubcs)催化经过转硫醇反应从E1半胱氨酸残基 转移给E2s活化的半胱氨酸位点。
SUMO 化修饰异常与许多人类重大疾病密切相关 ，如过 表达Ubc9促进乳腺癌细胞的生长及肿瘤的发生；在肺癌、 乳腺癌、前列腺癌、结肠-直肠癌和脑癌细胞中SUMO连 接酶E3(PIAS3)都存在不同程度的表达上调 。8源自9多聚泛素分子的连接
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泛素分子中的7个赖 氨酸残基：
K6 K11 K27 K29 K33 K48 K63
THE UBIQUITIN SYSTEM
NK 分享
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泛素-蛋白酶体途径
• 真核生物细胞内蛋白质选择性 降解的重要途径
• 将蛋白共价连接上单个或多个范素分子 • 催化范素化的酶有：泛素活化酶（E1），
泛素结合酶（E2），泛素蛋白质连接酶（E3） • 由26S蛋白酶体识别和降解
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Enzymatic reactions of the ubiquitin system
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经泛素-蛋白酶体途径降解的细胞蛋白：
• 细胞表面受体 • 信号传导蛋白 • 转录因子 • 细胞周期调控的相关蛋白
故泛素-蛋白酶体系统参与细胞内多种代谢过程,包 括细胞表面受体的下调、细胞内信号转导、转录以 及细胞周期的调控，并与细胞凋亡、免疫应答以及 细胞的一些生理功能和病理状态有着密切的联系。
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E3s的分类
不同类型的E3s之间没有同源性，目前发现有四种类型的 E3：
● N-end rule E3
● hect (homologous to E6-
APC-terminus) domain family
● Cyclosome or anaphase promoting complex (APC)