蛋白質(zhì)的降解

1、如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!第六章 蛋白質(zhì)的降解及其生物學意義 第一節(jié) 蛋白質(zhì)降解的概述 第二節(jié) 參與蛋白質(zhì)降解的酶類 第三節(jié) 蛋白酶體-泛素系統(tǒng)及其功能 第四節(jié) 蛋白質(zhì)降解的生物學意義蛋白質(zhì)降解是生命的重要過程 維持細胞的穩(wěn)態(tài)。 清除因突變、熱或氧化脅迫造成的錯誤折疊的蛋白質(zhì)，防止形成細胞內(nèi)凝集。 及時終止不同生命時期調(diào)節(jié)蛋白的生物活性。 蛋白質(zhì)的過度降解也是有害的，蛋白質(zhì)的降解必須受到空間和時間上蛋白質(zhì)降解的體系 蛋白質(zhì)消化分解為被機體吸收的營養(yǎng)物質(zhì)。 研究蛋白質(zhì)結構時，用蛋白酶降解肽鏈。 蛋白質(zhì)新生肽鏈生物合成以及新生肽鏈折疊的過程中，質(zhì)量的控制都與“次品”的降解有關。 蛋

2、白質(zhì)在行使功能時，很多調(diào)節(jié)控制都與肽鍵的斷裂有關，如前肽的切除、無活性的前體蛋白質(zhì)的激活等。第一節(jié) 蛋白質(zhì)降解的概述蛋白質(zhì)的壽命 細胞內(nèi)絕大多數(shù)蛋白質(zhì)的降解是服從一級反應動力學。半衰期介于幾十秒到百余天，大多數(shù)是7080d。 哺乳動物細胞內(nèi)各種蛋白質(zhì)的平均周轉率為1 2d。代謝過程中的關鍵酶以及處于分支點的酶壽命僅幾分鐘，有利于體內(nèi)穩(wěn)態(tài)在情況改變后快速建立。 大鼠肝臟的鳥氨酸脫羧酶半衰期僅11min，是大鼠肝臟中降解最快的蛋白質(zhì)。 肌肉肌動蛋白和肌球蛋白的壽命約l2w。 血紅蛋白的壽命超過一個月。 蛋白質(zhì)的半衰期并不恒定，與細胞的生理狀態(tài)密切相關。 蛋白質(zhì)壽命的n端規(guī)則 n端規(guī)則：細胞質(zhì)中蛋白

3、質(zhì)的壽命與肽鏈的n端氨基酸殘基的性質(zhì)有一定的關系。 n端的氨基酸殘基為d、r、l、k和f的蛋白質(zhì)，其半衰期只有23min。 n端的氨基酸殘基為a、g、m和v的蛋白質(zhì)，它們在原核細胞中的半衰期可超過10h，而在真核細胞中甚至可超過20h。 釀酒酵母蛋白質(zhì)代謝特點 釀酒酵母中不穩(wěn)定蛋白的n端氨基酸殘基有12個： asn（b）、asp（d）、glu（e）、phe（f）、his（h）、ile（i）、leu（l）、lys（k）、arg（r）、trp（w）、tyr（y）和gln（z）。 酵母中存在切除n端甲硫氨酸的氨肽酶，它作用的蛋白質(zhì)底物的n端第二個氨基酸一定是n端規(guī)則中的氨基酸殘基。 pest假設 p

4、est（pro-glu-ser-thr）假設：認為含有序列為pest肽段的蛋白質(zhì)，在細胞質(zhì)中很快被降解，在這個親水的區(qū)域附近常有堿性殘基。 pest肽段的缺失，可以延長此突變蛋白質(zhì)的壽命。 在22個快速降解的蛋白質(zhì)中有20個是含有pest序列。 在35個慢速降解的蛋白質(zhì)中有32個不含pest序列。分泌到細胞外蛋白質(zhì)的壽命 分泌到細胞外的蛋白質(zhì)，它們的壽命都比較長，如膠原蛋白、眼睛中的晶體蛋白。1 / 171如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載! 這些蛋白質(zhì)不進行代謝，它們的變化具有累積效應，超過一定限度就產(chǎn)生疾病。 晶體蛋白中賴氨酸殘基的側鏈氨基和肽鏈n端氨基都有可能被葡萄糖修飾，發(fā)生非酶

5、促的糖化，嚴重時會導致白內(nèi)障。 糖尿病患者因為長期血糖升高，晶體蛋白的糖化進程加快，未老年化的糖尿病患者患有白內(nèi)障，這是糖尿病并發(fā)癥。影響復合蛋白質(zhì)壽命的其他組分 外周血液中多數(shù)糖蛋白的糖鏈是以唾液酸為非還原端的糖殘基，在血液循環(huán)中的半衰期較長。 糖蛋白的糖鏈最外側唾液酸被去除或丟失，暴露出次末端的半乳糖，半衰期明顯降低，被肝臟快速清除。肝臟實質(zhì)細胞表面存在識別并專一結合半乳糖的去唾液酸糖蛋白受體。 將次末端的半乳糖切除，相應糖蛋白在哺乳動物血液中的半衰期又恢復到原有的水平。糖鏈結構與細胞壽命 糖蛋白中糖鏈的結構不僅與糖蛋白的壽命，而且與一些細胞的壽命有關。 紅細胞表面存在多種糖蛋白，這些糖蛋

6、白的唾液酸被除去后，被肝臟實質(zhì)細胞清除，同時也將紅細胞從循環(huán)的血液中清除。 糖蛋白和紅細胞上的唾液酸可作為其“年齡”指標，帶有唾液酸的糖蛋白和紅細胞則是“年輕”的分子和細胞，一旦丟失了唾液酸，則糖蛋白和紅細胞進人“老年”期，應該被代謝。 蛋白質(zhì)降解的場所 溶酶體 細胞質(zhì)中的蛋白酶和其他體系 其他細胞器中蛋白質(zhì)的降解蛋白質(zhì)降解的場所 細胞外主要是消化道，許多體液中也有蛋白酶，但是多數(shù)是起調(diào)節(jié)作用的限制性肽酶。 細胞內(nèi)蛋白質(zhì)徹底降解的場所：溶酶體、線粒體和細胞質(zhì)（蛋白酶體、依賴atp的蛋白酶和依賴鈣離子而不依賴atp的蛋白酶）。 消化道和溶酶體中存在著多種不同專一性的肽酶，而蛋白酶體則是相對的比較

7、專一的蛋白質(zhì)降解場所。 溶酶體是蛋白質(zhì)降解的重要場所 細胞外的蛋白質(zhì)（如血漿蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)類激素以及細胞質(zhì)膜上的受體蛋白質(zhì)），幾乎都是通過胞吞方式進入溶酶體，在溶酶體中徹底降解。 細胞內(nèi)蛋白質(zhì)進入溶酶體有非選擇性和選擇性兩種不同的方式。非選擇性方式 自體吞噬（autophagy）：細胞質(zhì)中的一些組分，包括線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細胞器，在一定條件下被膜結構包裹形成自噬小體并與溶酶體融合后，內(nèi)容物在溶酶體中降解。 胰島素缺乏和必需氨基酸不足時，自噬小體的生成速度明顯加快。 分泌自噬（crinophagy）：具有分泌能力的細胞（如胰島細胞和甲狀腺細胞等）形成的部分過剩分泌顆粒與溶酶體融合，內(nèi)容物被降解。選

8、擇性方式 細胞內(nèi)蛋白質(zhì)選擇性進入溶酶體的過程則是由氨基酸殘基序列kferq（lys-phe-glu-arg-gln）介導，如核糖核酸酶a中具有這樣的序列。 在營養(yǎng)充足的細胞中，這條途徑關閉，僅利用非選擇性的蛋白質(zhì)降解途徑。 溶酶體儲積病 溶酶體儲積?。╨ysosomal storage disease）：溶酶體是細胞內(nèi)的酶囊，溶酶體蛋白的缺陷抑制溶酶體的正常降解功能，引起有害生物分子的積累，導致40多種生理紊亂和疾病癥狀。 已確定病因的溶酶體儲積病有：2 / 172如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載! hurler綜合癥：降解黏多糖的-l-艾杜糖苷酸酶缺乏病。 gauchers疾?。航到?/p>

9、糖脂的-葡萄糖腦苷脂本科的缺乏病。 fabry疾病：降解糖脂的-半乳糖苷酶缺乏病。 pompe疾?。悍纸飧翁窃?葡萄糖苷酶缺乏病。 tay-sachs疾?。?氨基己糖苷酶的一個亞基的突變，導致神經(jīng)細胞內(nèi)的gm2神經(jīng)節(jié)苷脂的積累。 細胞質(zhì)中的蛋白酶或蛋白酶體系 蛋白酶體和依賴于atp的蛋白酶 依賴于鈣離子的蛋白酶 三邊帽蛋白酶（tricorn）泛蛋白-蛋白酶體途徑 真核細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)是通過泛素-蛋白酶體途徑降解。 負責異常蛋白質(zhì)和短壽命活性蛋白質(zhì)的降解 在肌纖維樣蛋白質(zhì)的降解中起到特殊的作用 參與細胞內(nèi)大量的長壽命的蛋白質(zhì)的緩慢周轉 蛋白酶體體系除了需要泛素的參與外，還依賴于atp的存在。蛋白

10、酶體的特性 蛋白酶體是分子質(zhì)量很大的復合體，約400700kd，這類蛋白酶也可歸屬于熱休克蛋白質(zhì)的范疇，當溫度升高或細胞內(nèi)有異常蛋白質(zhì)堆積時，它們以高速度表達。 重要特征：具有分子伴侶的功能和atp酶的活性，通過atp的降解，提供使蛋白質(zhì)去折疊所需的能量。依賴于鈣離子的蛋白酶 細胞質(zhì)中依賴于鈣離子的蛋白質(zhì)降解是由需鈣蛋白酶（calpain）承擔。 需鈣蛋白酶底物的特征：一是它們能與鈣調(diào)蛋白結合；二是富含pest殘基的區(qū)域。 需鈣蛋白酶抑制蛋白（calpistatin）：細胞質(zhì)中存在需鈣蛋白酶的蛋白質(zhì)類型抑制劑，可以同時結合和抑制細胞質(zhì)中的4種需鈣蛋白酶。三邊帽蛋白酶 三邊帽蛋白酶（tricor

11、n）：這類細胞質(zhì)蛋白酶的分子質(zhì)量非常大，約720kd，是一個多亞基的聚合物。 酶特性：具有內(nèi)肽酶活性，而對寡肽的活性更高。 這類酶最初發(fā)現(xiàn)于古細菌和某些細菌中。高等生物的細胞質(zhì)和溶酶體中除了存在二肽酶和三肽酶，也發(fā)現(xiàn)具有三邊帽蛋白酶的結構域。細胞器中蛋白質(zhì)的降解 細胞器中的蛋白酶 無蛋白酶細胞器中蛋白質(zhì)的降解 細胞器中的蛋白酶 線粒體基質(zhì)存在著幾種依賴atp的蛋白酶，如pin1是酵母成活和線粒體生物發(fā)生所必需的蛋白質(zhì)；線粒體內(nèi)膜上另有兩種蛋白酶。 葉綠體中存在依賴atp的蛋白酶，其作用是維持細胞器蛋白質(zhì)平衡，降解一些被氧自由基破壞的蛋白質(zhì)以及沒有參與組裝的游離蛋白質(zhì)亞基，這些蛋白質(zhì)過多累積對細

12、胞器產(chǎn)生毒性。 線粒體和葉綠體中存在著一些基質(zhì)金屬蛋白酶，切除來自細胞質(zhì)的新生肽鏈中的前肽。 無蛋白酶細胞器中蛋白質(zhì)的降解 一些細胞器不存在蛋白酶，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。這類細胞器蛋白通過逆向轉運途徑進入細胞質(zhì)降解。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中折疊異常帶有糖鏈的蛋白質(zhì)通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關降解（erad）途徑返回細胞質(zhì)，經(jīng)泛蛋白修飾標記，切除糖鏈后在蛋白酶體中降解。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)側的甘露糖苷酶4 / 174如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)降解增強有關的甘露糖苷酶樣蛋白質(zhì)（edem）與erad密切有關。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中新生肽鏈的命運 正確折疊進入高爾基體。 折疊發(fā)生嚴重錯誤的肽鏈，無法進入高爾基體，被遣送回細胞質(zhì)并降解。 有

13、些肽鏈折疊雖有輕微錯誤，或者單條肽鏈是正確折疊，進行不完全組裝形成非天然復合物，也能進入高爾基體，但最終被轉運到溶酶體和液泡中降解。 蛋白質(zhì)降解的重要性 食物蛋白質(zhì)的消化是營養(yǎng)的來源 蛋白質(zhì)的新陳代謝 蛋白質(zhì)生物合成和加工過程中“次品”的處理 作為功能調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)限制性降解 第二節(jié) 參與蛋白質(zhì)降解的酶類線蟲中的蛋白酶 在線蟲基因組測序完成后，經(jīng)分析推測該基因組中的蛋白酶基因總數(shù)約547個： 編碼胰蛋白酶家族和胰凝乳蛋白酶家族成員的基因分別為199和178個 胃蛋白酶家族13個 羧肽酶a、b家族分別為28個和38個 抑絲酶家族35個 泛蛋白偶聯(lián)酶家族34個 蛋白酶體有關蛋白質(zhì)22個常見分類方法

14、以酶的活性部位和催化機制分類：是最普通的分類方法，由酶學命名委員會推薦。 外肽酶：3411至3419都是不同類型的外肽酶。 羧肽酶：因活性中心的組成不同分為3416絲氨酸類的羧肽酶、3417金屬羧肽酶和3418半胱氨酸類羧肽酶。 內(nèi)肽酶：3421至3424分別是絲氨酸內(nèi)肽酶、半胱氨酸內(nèi)肽酶、天冬氨酸內(nèi)肽酶和金屬內(nèi)肽酶，以及3499未知類型的內(nèi)肽酶。 以結構為基礎的分類： 第一層次：按酶學命名委員會的原則分類。 第二層次：以結構為基礎分類，而結構同源性與活性中心有關，分為三大類；每類分為若干個宗族（clan），每個宗族又有許多家族。 第一大類：以s、t和c為活性中心的肽酶，結構相似，催化機制與蛋

15、白質(zhì)的親核攻擊有關。 第二大類：以d為活性中心的肽酶，催化機制與水的親核作用有關。 第三大類：金屬肽酶是另一種水親核反應。 第三層次：個別的肽酶。組織蛋白酶 組織蛋白酶（cathepsin）：溶酶體中的蛋白酶，研究得較多的是溶酶體水解酶。 根據(jù)經(jīng)典的分類方法，組織蛋白酶可分為兩類： 巰基蛋白酶家族：包括組織蛋白酶b、h、l和s等； 酸性蛋白酶類：包括組織蛋白酶d和e等。它們是最適ph偏酸性的蛋白酶，溶酶體中ph約4.5-5.5。巰基型組織蛋白酶家族4 / 174如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載! 溶酶體的巰基型組織蛋白酶屬于木瓜蛋白酶家族，氨基酸殘基序列高度同源。 種類：內(nèi)肽酶（組織蛋

16、白酶l、s），外肽酶（組織蛋白酶h是氨肽酶，組織蛋白酶b是二肽羧肽酶）；新發(fā)現(xiàn)酶（組織蛋白酶k、c、w和z）。 分布：組織蛋白酶b、h和l廣泛地存在于各種組織中，組織蛋白酶s僅存在于與類mhc有關的抗原提呈細胞。巰基型組織蛋白酶性質(zhì) 分子質(zhì)量與組成：約2435kd，僅組織蛋白酶c是分子質(zhì)量為200kd的四聚體。組織蛋白酶b、h和l可以是單一肽鏈的蛋白質(zhì)，也可以是2條肽鏈形式的蛋白質(zhì)，因不同物種而異。 立體結構：類似的氨基酸序列和立體結構，負責整體結構的穩(wěn)定性和內(nèi)肽酶活性。組織蛋白酶前體的激活 糖基化前體經(jīng)限制性蛋白酶酶解或自身催化作用，轉化成為有活性的蛋白酶；2個結構域中間溝漕中的c（木瓜蛋白

17、酶中的第25位）和h（木瓜蛋白酶中的第159位）形成催化活性中心。 信號肽比較長，位于肽鏈n末端。組織蛋白酶b和l前體的信號肽是成熟酶的強烈抑制劑，其中l(wèi)的信號肽由41個氨基酸殘基組成，在酶原肽鏈的正確折疊中起到重要作用，即自身分子伴侶。 原肽具有自身折疊過程。酸性組織蛋白酶 組織蛋白酶d和e屬于胃蛋白酶家族。 組織蛋白酶d廣泛存在于不同組織中，不同組織的表達量有所差異；它多數(shù)以可溶性形式存在于溶酶體中，僅20是膜結合形式。 組織蛋白酶e的分布比較窄，僅存在于淋巴樣組織、胃腸道、血液細胞，通常不出現(xiàn)在溶酶體中。組織蛋白酶d和e的特點 組織蛋白酶d和e的結構不同，但都有前體。 組織蛋白酶d前體在

18、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的分子量約53kd，進入高爾基體為44kd，在溶酶體中經(jīng)激活成為由2條肽鏈（31kd和15kd）組成的糖蛋白；其糖鏈上的甘露糖-6-磷酸為分揀信號，其原肽在前體的正確折疊和分揀過程中都發(fā)揮作用。 組織蛋白酶e前體由2條分子量為42kd的肽鏈通過二硫鍵組成的二聚體糖蛋白，在激活過程中二硫鍵不變，糖鏈結構具有組織特異性。 蛋白酶體 蛋白酶體是細胞質(zhì)的一種蛋白質(zhì)復合體，但是在細胞核中也有，還可以與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結合的形式存在。 蛋白酶體是一個26s的顆粒，其中與蛋白質(zhì)降解有關的是600kd的20s復合物，是細胞的主要成分之一，約占細胞總蛋白質(zhì)的1。 不同生物的蛋白酶體不完全相同。 細胞質(zhì)中依賴于鈣離

19、子的蛋白酶 需鈣蛋白酶屬于以巰基為活性中心的蛋白酶家族，定位于細胞質(zhì)，其活性受鈣離子調(diào)節(jié)。 根據(jù)分布的情況，需鈣蛋白酶可分為遍在型與組織特異型。 根據(jù)對鈣離子的依賴程度不同，遍在型又可分為和m兩類。 被微摩爾級鈣離子激活， m的激活則需要毫摩爾級鈣離子濃度。 在組織損傷、壞死和自溶過程中都發(fā)揮重要作用。遍在型需鈣蛋白酶的結構特點 遍在型需鈣蛋白酶由調(diào)節(jié)亞基和催化亞基組成。 調(diào)節(jié)亞基（分子量30kd）：具有一個鈣結合區(qū)，調(diào)節(jié)與膜蛋白的結合；含有和結構域，其中結構域6 / 176如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!富含gly（g），與膜磷脂作用，是激活催化亞基所必需。 催化亞基（分子量80k

20、d）：含有另一個鈣結合區(qū)和催化蛋白水解的活性部位，由、和結構域組成，其中是巰基蛋白酶典型的催化結構域，和的功能尚不清楚。 2種亞基c端部分的和都是鈣調(diào)蛋白樣結構域，含有4個ef手形結構。 需鈣蛋白酶的活性調(diào)節(jié) 需鈣蛋白酶的激活因素：鈣離子濃度、磷脂及調(diào)節(jié)亞基，激活機制不明。 磷脂酰肌醇二磷酸存在時，需鈣蛋白酶和m需鈣蛋白酶自身激活所需的鈣離子濃度分別為0.1lmol/l和10mol/l。 調(diào)節(jié)亞基的作用：提高催化亞基對鈣離子的靈敏度，幫助變性的催化亞基復性，僅對自身催化亞基有專一作用，是需鈣蛋白酶專一的分子伴侶。組織特異性需鈣蛋白酶 骨骼肌中存在著特異的需鈣蛋白酶p94 。 在胃組織中存在專一

21、的需鈣蛋白酶ncl-2和ncl2。 在果蠅、線蟲、血吸蟲和一些曲霉中也發(fā)現(xiàn)需鈣蛋白酶，與組織特異的需鈣蛋白酶相似，為單鏈的蛋白酶，即只有催化肽鏈，而無調(diào)節(jié)亞基。 骨骼肌的需鈣蛋白酶p94 p94只有一條肽鏈，即催化亞基，比遍在型需鈣蛋白酶的催化亞基肽鏈多了3個插入序列。 第一段在肽鏈ns的n端 第二段is1在結構域的中間 第三段is2是在結構域的n端 is2的氨基酸殘基序列為pxkkkkxkp，與肽鏈進入細胞核的信號序列類似。需鈣蛋白酶p94的特性 p94非常容易自溶，很快消失，盡管p94的mrna含量比遍在型需鈣蛋白酶的mrna至少高10倍，但是仍不容易檢測到。 p94通過其is2還可以與肌

22、肉組織中的肌巨蛋白/肌聯(lián)蛋白結合，其缺損導致肢節(jié)肌營養(yǎng)不良癥。 胃組織的需鈣蛋白酶 ncl-2的結構與遍在型需鈣蛋白酶類似；而ncl2則是截短的ncl2，只有結構域和，以及結構域的n端部分的一個ef手形，兩者可能是mrna可變剪接的結果。 胃組織的ncl-2和ncl2的量幾乎相同，對胃可能起到相同的作用，只是在胃組織中定位有差異。三邊帽蛋白酶 三邊帽蛋白酶的作用與蛋白酶體相輔相成，其的底物是蛋白酶體降解產(chǎn)生的寡肽。 三邊帽蛋白酶的結構非常復雜而且特異，是一種寡聚蛋白，外形與蛋白酶體完全不同。三邊帽蛋白酶的亞基結構 由1070個氨基酸殘基組成，整個亞基可以分為5個結構域； 藍色與黃色為螺旋槳樣結

23、構6和7；紫色的c1結構域是螺旋捆；紅色的c2結構域是的夾心結構；深綠色的是pdz結構域。三邊帽蛋白酶是一個密閉的自區(qū)域化結構 三邊帽蛋白酶：屬于絲氨酸蛋白酶家族，包含活性的his746和ser965；酶活性可被tlck（胰蛋白酶專一抑制劑）和tpck（胰凝乳蛋白酶的專一抑制劑）抑制。 酶的活性部位：在六聚體的中心，螺旋槳結構域7是底物的入口，6則是降解產(chǎn)物的出口。 生物學功能：將蛋白酶體和需鈣蛋白質(zhì)降解后的612個氨基酸殘基肽段，進一步降解為僅24個氨基酸殘基組成的小肽。 6 / 176如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!三邊帽蛋白酶與外肽酶的協(xié)作 三邊帽蛋白酶體系與外肽酶（ f1、f

24、2和f3）協(xié)作，將三邊帽蛋白酶的降解產(chǎn)物二至四肽徹底降解為游離氨基酸，被細胞再利用。 f1是氨肽酶，由293個氨基酸殘基組成（33.5kd），具有脯氨酰亞氨基肽酶活性，屬于/類型的水解酶超家族，從n端切除脯氨酸和疏水氨基酸殘基，但是不能切除甘氨酸和酪氨酸。 f2和f3則是金屬肽酶，約89kd，主要是針對帶電荷的氨基酸殘基。胱天蛋白酶家族 胱天蛋白酶家族是目前備受關注的蛋白酶，它們與程序性細胞死亡（programmed cell death，pcd）密切相關。 胱天蛋白酶：半胱氨酸依賴性天冬氨酸專一蛋白酶（cysteine-dependent aspartate-specfic protease

25、，caspase）的簡稱。 2種氨基酸具有完全不同的意義：半胱氨酸是指酶的活性中心殘基，天冬氨酸則是酶作用的靶位，即底物中被特異斷裂的氨基酸殘基。 胱天蛋白酶的研究 在研究線蟲死亡的過程中，發(fā)現(xiàn)2個基因ced- 3和ced-4是線蟲細胞凋亡所必需。核苷酸序列分析的數(shù)據(jù)揭示ced-3是人的半胱氨酸蛋白酶，為白介素-1轉換酶的同系物。 特性：具有蛋白酶活性，將其轉染進入多種細胞株中都能引起細胞凋亡。 作用：專一地斷裂維持細胞穩(wěn)態(tài)所必需的蛋白質(zhì)肽鏈中的特定肽鍵，導致細胞死亡。基質(zhì)金屬蛋白酶 mmp家族有許多成員：起初研究的是可溶性的形式，近年來發(fā)現(xiàn)了一些膜結合形式。它們各自有自己的名稱和系統(tǒng)的編號。

26、一些膜類型的mmp又專門縮寫為mt-mmp。 基質(zhì)金屬蛋白酶（mmp）功能：調(diào)節(jié)許多發(fā)育和生理過程，與細胞遷移、增殖等過程密切有關，在腫瘤發(fā)生和轉移以及其他疾病的發(fā)生中起到重要作用。 基質(zhì)金屬蛋白酶及其抑制劑（包括內(nèi)源性抑制劑）的研究是蛋白酶領域中的一個生長點。mmp的結構 基本組織結構：mmp 7具有這個家族成員的最基本組織結構。 前肽 含有鋅結合部位的催化結構域 含有一個半胱氨酸的轉換區(qū)的原肽結構域 mmp家族其他成員含有更多的結構域，絕大多數(shù)都有血紅素結合蛋白/透明黏連蛋白結構域，某些成員還含有弗林蛋白酶作用的位點、纖連蛋白的型重復片段和鉸鏈區(qū)，以及穿膜肽段。mmp的功能 mmp主要作用

27、：降解細胞外基質(zhì)中的各種組分，大致分為降解膠原和明膠（變性的膠原）以及非膠原兩大類。 細胞外基質(zhì)降解后，會產(chǎn)生一系列生物效應：影響細胞遷移、導致細胞增殖和形態(tài)發(fā)生、調(diào)節(jié)生長因子等分子的活性、改變基質(zhì)中蛋白酶活性的平衡。蛋白酶抑制劑 內(nèi)源蛋白酶抑制劑：機體內(nèi)存在的，調(diào)節(jié)自身體內(nèi)蛋白酶的活性。 外源蛋白酶抑制劑：由一個物種產(chǎn)生的，但是作用的對象是另一物種中的蛋白酶。 人工合成的蛋白酶抑制劑：以蛋白酶抑制劑為基礎設計和開發(fā)的藥物。 內(nèi)源蛋白酶抑制劑 胰臟的蛋白酶抑制劑：有kunitz抑制劑（常用的縮寫是pti）和kazal抑制劑。 血液的蛋白酶抑制劑：主要是絲抑酶蛋白質(zhì)家族的一些成員，還有間胰蛋白酶

28、抑制劑、2抗纖溶酶和2巨球蛋白等。7 / 177如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!外源蛋白酶抑制劑 許多植物中存在著蛋白酶抑制劑，尤其是在作為植物儲存用的種子和塊莖中。 馬鈴薯的胰凝乳蛋白酶抑制劑：在遇到外界病害昆蟲的侵襲時，可被誘導表達，作為植物抗病機制的一個組成部分。 植物蛋白酶抑制劑具有多價性：2個不同的抑制位點分別抑制不同的蛋白酶。例如，大豆中分離得到的bowman-birk抑制劑，僅有71個氨基酸殘基，具有抑制胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶的2個抑制中心。 水蛭的特殊生物活性物質(zhì) 水蛭素：對凝血酶專一的蛋白酶抑制劑，由66個氨基酸殘基組成，c端有一個被硫酸化的酪氨酸。 水蛭抑制素（b

29、dellin）：抑制胰蛋白酶、纖溶酶和頂體蛋白酶。 水蛭抑制劑（eglin）：作用于彈性蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和枯草桿菌蛋白酶。由70個氨基酸殘基組成，但不含半胱氨酸。人工合成的蛋白酶抑制劑 以蛋白酶抑制劑為基礎的藥物設計和開發(fā)應運而生，成為藥物研究中的一個重要方面。涉及的疾病有：急性胰腺炎、感染和炎癥、高血壓、抗凝等。目前被關注的靶酶有凝血酶、纖溶酶原激活劑、彈性蛋白酶、補體系統(tǒng)、激肽釋放酶、血管緊張肽轉換酶等。 需要考慮因素：一是靶酶容易接近；二是抑制劑對靶酶的抑制不可逆或可逆性很小，即抑制常數(shù)應是10-10mo1/l或更小。第三節(jié) 蛋白酶體-泛素系統(tǒng)及其功能細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的降解 蛋白質(zhì)降解的

30、基本策略區(qū)域化(compartmentalization) 泛素-蛋白水解酶復合體通路（ubiquitin-proteasomes pathway）蛋白質(zhì)降解的基本策略 區(qū)域化(compartmentalization)：控制蛋白質(zhì)降解的基本策略，即蛋白質(zhì)的水解限制在細胞的某些區(qū)域，帶有降解信號的蛋白質(zhì)才能進入這些區(qū)域。 真核生物形成由生物膜界定的區(qū)域化，如溶酶體；原核生物由蛋白水解酶亞基裝配成一個桶形復合物，需降解的蛋白質(zhì)進入桶內(nèi)水解，即自身區(qū)域化的蛋白水解酶。 蛋白酶體是自身區(qū)域化分子裝置的調(diào)節(jié)形式之一。泛素-蛋白水解酶復合體通路 細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)atp依賴性的非溶酶體蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)，高效

31、并高度選擇性進行細胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉。 由以色列學者阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和美國學者歐文·羅斯發(fā)現(xiàn)，并獲得2004年度諾貝爾化學獎。二、蛋白質(zhì)泛素化系統(tǒng)泛素或泛蛋白 泛素或泛蛋白（ubiquitin，ub）：由76個氨基酸殘基組成的低分子量蛋白，廣泛存在于各種真核細胞和組織中。 泛素氨基酸序列保守性高，在已知的各種物種的泛蛋白中，至多發(fā)現(xiàn)3個氨基酸殘基的改變。在人、鮭魚和果蠅等親緣關系遙遠的物種中得到的泛蛋白竟然完全一致。泛素的結構特點 立體結構外形猶如蝌蚪，即-抓握折疊（-grasp fold）結構； 左下方是一個緊密的球狀頭部，由5個折疊（1-7、10-

32、17、40-45和64-72）和1個螺旋（23-34）組成，n末端在頭部的中間；8 / 178如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載! 右上方是一條尾巴，尾部的末端即是肽鏈的c端（rgg，arg-gly-gly）。泛素的連接方式 c末端gly的羧基與目標蛋白質(zhì)連接，也能與另一個泛蛋白48位lys（k）側鏈的氨基連接，形成多聚的泛蛋白鏈，最長的泛蛋白鏈的聚合度可以超過50。 泛蛋白與其他蛋白質(zhì)之間形成的是異肽鍵（isopeptide bond），泛蛋白c末端gly的羧基不與目標蛋白質(zhì)中的氨基形成肽鍵，而是與目標蛋白質(zhì)lys（k）側鏈的氨基形成肽鍵。泛素樣蛋白 泛素樣蛋白（ubiquitin-l

33、ike protein, ubl）：指原核、真核生物中具有泛素樣折疊結構的蛋白，可以通過共價結合的方式修飾其它蛋白，但序列相似性差異很大。  ubl蛋白及其相關蛋白結構域的研究開始于20世紀80年代末。 isg15蛋白是第一個被發(fā)現(xiàn)的ubl蛋白。isg15蛋白 isg15蛋白：型干擾素誘導產(chǎn)生、分子量15kd的蛋白質(zhì)，序列與泛素蛋白有高度的相似性，可以通過共價結合的方式修飾其它蛋白。 其功能知之甚少，至今才發(fā)現(xiàn)isg15蛋白修飾相關的e1酶（isg15活化酶）和e2酶（即isg15連接酶），被型干擾素誘導表達。 小鼠模型發(fā)現(xiàn)，蛋白經(jīng)isg15蛋白修飾之后，可以表現(xiàn)出抗病毒作用泛素化及

34、其作用 泛素化（ubiquitylation）：一個或多個泛素分子在一系列酶（活化酶、結合酶和連接酶）的催化下與其他蛋白質(zhì)分子共價結合。 作用：直接影響蛋白質(zhì)的活性和細胞定位。參與細胞信號傳導、基因表達、細胞分裂和分化等過程的調(diào)節(jié)。泛素激活酶和泛素結合酶 泛素激活酶e1： 細胞內(nèi)只有單一的e1基因，利用不同的轉錄起始點產(chǎn)生e1a和e1b，發(fā)揮不同的作用。 泛素結合酶e2： e2有多種基因，酵母有13種e2基因。哺乳動物細胞至少有25種e2基因； 大多數(shù)e2有一個1416kd的核心，不同e2的核心有35%的同源性，e2核心參與e2與e3的結合。泛素蛋白連接酶e3 種類繁多：有幾百種，e3除了對不

35、同的e2有選擇作用外，對底物蛋白質(zhì)也有特異性；由多種亞基組成。 分布廣：存在于細胞質(zhì) 、細胞核和細胞器。 形式多：可溶性蛋白、膜結合蛋白。泛素蛋白連接酶e3的種類 根據(jù)e3含有的特定結構域，分為三類： hect（ homologous to e6-ap carboxyl terminus） e3 環(huán)指(ring finger)結構蛋白 u盒型hect e3 源于對致瘤病毒hpv的研究，hpv編碼的蛋白e6與細胞內(nèi)結合蛋白(e6-ap)結合，并與腫瘤抑制蛋白p53結合，導致p53的泛素化和降解。 許多hect 類e3的n末端具有一對色氨酸殘基(ww)和保守脯氨酸殘基組成的ww區(qū)域，參與識別底物蛋

36、白質(zhì)中磷酸化的富脯氨酸區(qū)域。9 / 179如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!環(huán)指（ring finger）結構蛋白 環(huán)指結構：由8個保守半胱氨酸和組氨酸cys-x2-cys-x(9-39)-cys-x(1-3)-his-x(2-3)-cys-x2-cys-x(4-48)-cys-x2-cys)組成。 種類：apc（anaphase promoting complex，apc）類e3、scf（skp-cullin-f-box protein， scf）類e3、vhl-cbc類e3apc（anaphase promoting complex）類e3 apc類e3：含有cullin同源蛋白a

37、pc11、環(huán)指蛋白apc2及其他亞單位，并利用含wd40重復序列的蛋白識別底物。 apc在細胞有絲分裂末期激活，降解有絲分裂和紡錘體相關蛋白，使細胞進入分裂后期。scf（skp-cullin-f-box protein）類e3 scf類e3：由連接蛋白skp、cullin類蛋白cul和底物識別蛋白f-box組成。 發(fā)現(xiàn)100多種f-box，都具有wd40重復序列或富亮氨酸重復序列。 scf類e3利用不同的f-box蛋白識別多種底物。vhl-cbc類e3 vhl-cbc類e3：由連接蛋白elongin b和c、環(huán)指蛋白rbx-1、cullin類蛋白cul和底物識別蛋白vhl組成。泛蛋白化底物的轉

38、移 需降解的蛋白質(zhì)被泛蛋白標記后，泛蛋白化的底物在其他蛋白質(zhì)的幫助下與蛋白酶體結合，這些蛋白質(zhì)分為： 與多聚泛蛋白結合的蛋白質(zhì) 與蛋白酶體結合的蛋白質(zhì) 這些蛋白質(zhì)具有不同結構域： 泛蛋白類似結構域(ubl) 泛蛋白結合結構域(ubd) 泛蛋白相互作用模體(uim) 泛蛋白途徑相關結構域(uba) atp酶結構域 蛋白酶體（ proteasome） 26s蛋白酶體的分子組成 pre2、pre3和pup1具有酶活性蛋白酶體的功能 蛋白水解功能：具有多種蛋白水解酶活力。 類胰凝乳蛋白酶(chymotryptic-like)活性：水解疏水性氨基酸羧基端肽鍵。 類胱天蛋白酶(caspase-like)活

39、性：水解酸性氨基酸羧基端肽鍵。 類胰蛋白酶(tryptic-like)活性：水解堿性氨基酸羧基端肽鍵。 braap活性：水解分枝側鏈氨基酸羧基端肽鍵。 dna修復作用：核苷酸切除與修復活性。蛋白酶體的作用機理 通過定點突變，揭示了蛋白酶體的活性部位含有蘇氨酸，水解過程中的親核攻擊發(fā)生在亞基氨基末端的蘇氨酸側鏈的羥基上。 蛋白酶體提供了一種全新的蛋白酶，即蘇氨酸蛋白酶。在酵母的蛋白酶體中，除蘇氨酸外，lys33、glu17和asp166也參與水分子引發(fā)的脫乙酰反應。 蛋白水解功能分別由1、2和5上的3個催化亞基y、z和x承擔，即y/1、z/2 和x/511 / 1711如果您需要使用本文檔，請點

40、擊下載按鈕下載!上thr的-oh對底物進行親核攻擊。免疫蛋白酶體 免疫蛋白酶體：能被干擾素(ifn-)誘導的20s蛋白酶體。 體外抗原加工反應的分析發(fā)現(xiàn)，免疫蛋白酶體是內(nèi)源性抗原加工的蛋白酶。橄欖球蛋白酶體 橄欖球蛋白酶體(football proteasome)：由11s調(diào)節(jié)子(11s regulator)結合于催化顆粒cp兩端形成。 參與異常蛋白的再生或分解反應，其中11s調(diào)節(jié)子能顯著提高20s蛋白酶體的肽酶活性。雜化蛋白酶體 雜化蛋白酶體(hybrid proteasome)：雜化蛋白酶體由催化顆粒cp兩端分別結合19s復合物(rp)和11s調(diào)節(jié)子而形成的rp-20s-11s雜化體，具有

41、26s蛋白酶體的功能。第四節(jié) 蛋白質(zhì)降解的生物學意義 一、細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制 二、蛋白質(zhì)降解與蛋白抗原提呈 三、蛋白質(zhì)降解與細胞信號傳導 四、蛋白質(zhì)降解與細胞周期 五、蛋白質(zhì)降解與疾病一、細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制 錯誤折疊的新生肽鏈的降解清除 非天然結構蛋白質(zhì)的清除 tmrna及其作用熄火核糖體與tmrna 核糖體合成新生肽鏈的過程中，當mrna缺失終止密碼子時，肽鏈的合成無法終止，形成熄火（stalled）核糖體，即攜帶肽鏈的trna滯留在核糖體的p位，肽鏈合成不能繼續(xù)，新生肽鏈的合成就此“堵塞”。 tmrna：既有trnaala的功能，又可以編碼一段特定氨基酸序列的肽段，通常是aaden

42、yalaaa。 tmrna能使熄火的核糖體重新工作。二、蛋白質(zhì)降解與蛋白抗原提呈 蛋白質(zhì)和肽類抗原的提呈是細胞免疫的一個重要環(huán)節(jié)。蛋白質(zhì)和肽類的抗原性僅與其分子中的某些肽段有關，并經(jīng)常位于蛋白質(zhì)分子表面，與淋巴系統(tǒng)抗原提呈細胞的表面免疫球蛋白樣受體結合，還需經(jīng)過蛋白酶的降解作用，將蛋白質(zhì)抗原降解為大小合適的肽段，進而誘發(fā)抗體的產(chǎn)生。 與類mhc分子有關的抗原提呈 與類mhc分子有關的抗原提呈與類mhc分子有關的抗原提呈 免疫應答時，與類mhc分子有關的抗原提呈過程中，抗原由蛋白酶體-泛素系統(tǒng)識別并加工。與類mhc分子有關的抗原提呈 病原體蛋白質(zhì)被抗原提呈細胞內(nèi)吞，在晚期內(nèi)體中降解成肽段，并與抗

43、原提呈細胞中的類mhc分子結合，完成抗原提呈。三、蛋白質(zhì)降解與細胞信號傳導 細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的泛素化降解，影響細胞信號的傳導，既可以誘導信號傳導，也可以阻斷信號傳導。 核因子b的激活與核因子b抑制劑的降解 蛋白質(zhì)wnt引發(fā)的信號傳導 刻缺蛋白的限制性降解引發(fā)信號傳導11 / 1711如果您需要使用本文檔，請點擊下載按鈕下載!nf-b信號途徑 核因子b（nf-b）：是細胞內(nèi)信號傳導通路中的重要成員之一，nf-b途徑與前炎癥反應密切相關。 應激、細菌和病毒感染、細胞因子都能引發(fā)nf-b途徑，而腫瘤壞死因子（tnf）是引發(fā)nf-b途徑的典型細胞外信號分子。 核因子b抑制劑（i-b）的磷酸化和降解誘導nf

44、-b 的活化。蛋白質(zhì)wnt引發(fā)的信號傳導 蛋白質(zhì)wnt是果蠅和小鼠的同源基因wg和int-1的表達產(chǎn)物，為分泌型的信號分子，調(diào)節(jié)動物的發(fā)育；與果蠅翅膀發(fā)育有關，經(jīng)病毒處理的小鼠導致乳腺腫瘤。 蛋白質(zhì)wnt能與細胞表面的卷曲家族成員和低密度脂蛋白受體相關蛋白質(zhì)（lrp）等二種受體結合，引發(fā)一系列信號轉導，使wnt應答基因表達。刻缺蛋白的限制性降解引發(fā)信號傳導在神經(jīng)發(fā)育過程中，刻缺蛋白不同部位的二次限制性蛋白酶解，激活轉錄因子，產(chǎn)生側向抑制。四、蛋白質(zhì)降解與細胞周期 蛋白質(zhì)參與細胞的各種運作，一些蛋白質(zhì)的降解與細胞周期、細胞凋亡密切相關。 細胞周期與周期蛋白 m期與蛋白質(zhì)降解 g1/s期轉換與蛋白

45、質(zhì)降解 p53蛋白與細胞周期細胞周期與周期蛋白 細胞周期可分為m期、g1期、s期和g2期等4個時相。 細胞周期受周期蛋白（cyclin）控制，不同的時相出現(xiàn)不同的周期蛋白。 m期出現(xiàn)m周期蛋白，即周期蛋白b，與依賴m周期蛋白的激酶（m-cdk，即cdk1）相互作用控制m期的事件。 s期出現(xiàn)周期蛋白a，激活依賴s周期蛋白的激酶s-cdk，即cdk2。 控制g1期、g1/s期轉換的周期蛋白d和e，分別與cdk4、cdk6形成復合物。周期蛋白b調(diào)節(jié)細胞m期 周期蛋白b在前期合成，在m期與cdk1結合，誘導細胞有絲分裂； 同時激活后期促進復合物apc/c，使周期蛋白被蛋白酶體-泛素系統(tǒng)識別和降解； 進入只有游離cdk1的后期和間期。染色體的分離 m期有絲分裂紡錘體中染色體的分離涉及染色體黏結蛋白復合物（cohesin compl