蛋白质降解相关细胞器
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蛋白质降解相关细胞器
亚细胞结构
无 核糖体 膜 泛素-蛋白酶体系统
溶酶体
过氧化物酶体
有 内质网 膜 高尔基体
线粒体
结构、功能
内体
细胞生物学的深入
对细胞结构和功能理解的新层次： 分子层面
生物大分子层面，尤其是基因和蛋白质
来自百度文库
提醒：细胞， 我们应当学习到哪些知识？
细胞的结构组成？功能？ 结构与功能的联系？ 细胞与细胞之间的联系？
蛋白质降解 在细胞活动中的角色
蛋白质为什么被降解清除？
错误的 多余的 “外来的” 快速应答应激的 “质量和数量的控制”
蛋白质降解
2条途径 蛋白酶体途径 溶酶体途径
蛋白质降解相关细胞器
一、蛋白酶体
（proteosome）
形态： 光镜、电镜下均看不到
* 蛋白质复合体（大小：20S、26S） * 无膜
例1：细胞周期相关的蛋白质降解
Securin
Protesom e
细胞生命周期的规律是什么，为什么？（生、死、分化）
从分子水平，从蛋白质角度理解细胞 蛋白质：细胞功能和生命活动的执行者
结构、功能的分子基础
蛋白质是否能够发挥功能的 调控环节
（1）量：合成 量：降解或清除
（2）结构：构象，折叠，装配 （3）位置：去向和定位 （4）活性：水解
修饰 （磷酸化、泛素化、SUMO化、乙酰化…）
E1：活化酶(active enzyme)，“通用的” E2：交联酶(conjugation enzyme) E3：连接酶(ligase)，“底物特异的” 总计800多种
蛋白质泛素化降解的过程
底物蛋白质
1.泛素化修饰：
2.被蛋白酶体识别
3.蛋白质去折叠（移位）
1
泛素重利用
2
4.被水解
3,4
总结功能： 1.识别并结合特异的底物： “泛素连接的底物蛋白质”（泛素化修饰蛋白质）
蛋白质分选运输
（4）活性：剪切或有限水解
修饰
信号转导相关的
（磷酸化、泛素化、SUMO化、乙酰化…）
蛋白质数量的控制环节之一：合成
*多层次的调节，可以是基因数量改变、转录改变、 转录后调控、翻译改变、翻译后修饰等； *需要一定的时间
*蛋白质数量的控制环节 之二：降解环节
尤其是蛋白质数量需要快速调节时
* 蛋白质的分选
核糖体
膜蛋白
内质网
驻留蛋白
膜蛋白
高尔基体
驻留蛋白
膜蛋白
细胞表面 细胞外基质
溶酶体
分泌颗粒
分泌蛋白
线粒体 过氧化 细胞核 物酶体
蛋白质的合成、折叠装配、 加工成熟、分选
蛋白质是否能够发挥功能 的调控环节
（1）量：合成 √
量：降解或清除
？
（2）结构：构象，折叠，装配 √
（3）位置：去向和定位
蛋白质
细胞结构
蛋白质合成
核糖体
蛋白质合成、加工、折叠 内质网
蛋白质加工、分选
高尔基体
蛋白质降解 蛋白质降解
泛素-蛋白酶体系统 溶酶体
蛋白质合成直接相关的细胞结构
核糖体 内质网 高尔基体
结构、功能
蛋白质的合成
游离核糖体
核糖体
蛋白质合成后： 进入细胞质基质
膜结合核糖体 附着核糖体
蛋白质合成后： 在内质网膜上
或进入内质网腔内
蛋白质的合成
内质网
* 完成部分蛋白质合成
思考：哪些蛋白质在这里继续完成合成过程？ (见“蛋白质分选运输”章节）
* 蛋白质初步加工：初步糖基化
* 蛋白质的结构（构象）：正确折叠和装配
高尔基体
* 蛋白质的进一步加工和修饰 （成熟） * 蛋白质的分选（去向）、定位
高尔基体
* 蛋白质的进一步加工和修饰 糖基化、硫酸盐化
蛋白质泛素化降解
泛素（ubiquitin）: 一种含76个氨基酸的多肽, 作为标签共价结合到要被降解的蛋白质 上。 广泛存在于不同组织细胞，进化保守。
“泛素化修饰”（ubiquitination) 翻译后修饰的一种
蛋白质泛素化修饰的过程
泛素化修饰：
要被降解的蛋白在三类酶（E1、E2、E3）的次第作 用下，与至少4个泛素分子结合（多聚泛素化），从 而被泛素分子“标记”。
比较：核糖体
核糖体：80S，15-20nm
电镜照片
化学成分：蛋白质复合体
结构：桶状
19S 调节颗粒 “帽”
20S 核心颗粒
最常见的蛋白酶体：26S蛋白酶体
结构：蛋白质复合体
蛋白酶体 晶体结构简图
19S调节颗粒
*ATP水解活性位点：水解ATP *泛素结合活性位点：识别“泛素连接的底物 蛋白质”（泛素化修饰蛋白质）
…
蛋白质降解
在细胞活动中的角色
问题：
4.细胞内错误折叠的蛋白质、损伤的蛋白质怎么办？ 如（1）内质网内构象不正确的蛋白质，如何处理？
（2）细胞质基质内氧化后聚集在一起的蛋白质怎 么办？…
蛋白质降解 在细胞活动中的角色
问题：
5.应激时，细胞内的蛋白质如何快速做出应答，应 激后又如何处理？
如，DNA损伤时，p53快速增多，如何实现的？ （p53, 重要的肿瘤抑制蛋白质）
输葡萄糖的膜蛋白命运如何？
…
蛋白质降解
在细胞活动中的角色
问题：
2.细胞内多余的蛋白质如何处理？
如：内分泌细胞，合成充分过量的蛋白质激素储存 在细胞内，需要时才释放，多余的怎么办？
蛋白质降解 在细胞活动中的角色
问题：
3.细胞吞进来的蛋白质如何处理？ 如：细胞为了运输铁离子进入细胞，依靠血液
里的载铁蛋白，然后以胞吞方式进入细胞， 它们进入细胞后怎么办？
2.具有蛋白水解酶的活性，将底物蛋白质降解 成短肽和氨基酸。 3.细胞质和细胞核内均有分布。
蛋白质的数量和质量控制， 参与细胞功能和生命活动
例：蛋白酶体、蛋白质快速降解
蛋白质数量控制：
1.细胞周期相关蛋白 2.P53
(著名的肿瘤抑癌基因产物） 3.低氧诱导因子（HIF1a)
蛋白质质量控制：
4.错误折叠蛋白
*蛋白质质量的控制环节 降解
*蛋白质降解产物为短肽和氨基酸， 可作为蛋白质重新合成的原料来源之一
蛋白质降解相关细胞器
问题：
1.正常状态下，细胞基本功能或生命活动快速变 化时，执行的蛋白质如何调整它们的量？
如：（1）细胞增殖周期，不同阶段快速运转，实施
的蛋白质如何实现快速调整？ （2）进食后葡萄糖快速转运进入细胞后，运
泛素 底物
20S核心颗粒
顶面
α亚基 “门”
正面
β亚基 蛋白酶活性位点：
水解蛋白质为短肽
α亚基 或氨基酸
功能：泛素－蛋白酶体介导的蛋白质降解
(蛋白质质量控制系统) 泛素－蛋白酶体系统
(ubiquitin-proteasome system, UPS )
*多步骤反应过程， *多种不同蛋白质参与， *耗能
亚细胞结构
无 核糖体 膜 泛素-蛋白酶体系统
溶酶体
过氧化物酶体
有 内质网 膜 高尔基体
线粒体
结构、功能
内体
细胞生物学的深入
对细胞结构和功能理解的新层次： 分子层面
生物大分子层面，尤其是基因和蛋白质
来自百度文库
提醒：细胞， 我们应当学习到哪些知识？
细胞的结构组成？功能？ 结构与功能的联系？ 细胞与细胞之间的联系？
蛋白质降解 在细胞活动中的角色
蛋白质为什么被降解清除？
错误的 多余的 “外来的” 快速应答应激的 “质量和数量的控制”
蛋白质降解
2条途径 蛋白酶体途径 溶酶体途径
蛋白质降解相关细胞器
一、蛋白酶体
（proteosome）
形态： 光镜、电镜下均看不到
* 蛋白质复合体（大小：20S、26S） * 无膜
例1：细胞周期相关的蛋白质降解
Securin
Protesom e
细胞生命周期的规律是什么，为什么？（生、死、分化）
从分子水平，从蛋白质角度理解细胞 蛋白质：细胞功能和生命活动的执行者
结构、功能的分子基础
蛋白质是否能够发挥功能的 调控环节
（1）量：合成 量：降解或清除
（2）结构：构象，折叠，装配 （3）位置：去向和定位 （4）活性：水解
修饰 （磷酸化、泛素化、SUMO化、乙酰化…）
E1：活化酶(active enzyme)，“通用的” E2：交联酶(conjugation enzyme) E3：连接酶(ligase)，“底物特异的” 总计800多种
蛋白质泛素化降解的过程
底物蛋白质
1.泛素化修饰：
2.被蛋白酶体识别
3.蛋白质去折叠（移位）
1
泛素重利用
2
4.被水解
3,4
总结功能： 1.识别并结合特异的底物： “泛素连接的底物蛋白质”（泛素化修饰蛋白质）
蛋白质分选运输
（4）活性：剪切或有限水解
修饰
信号转导相关的
（磷酸化、泛素化、SUMO化、乙酰化…）
蛋白质数量的控制环节之一：合成
*多层次的调节，可以是基因数量改变、转录改变、 转录后调控、翻译改变、翻译后修饰等； *需要一定的时间
*蛋白质数量的控制环节 之二：降解环节
尤其是蛋白质数量需要快速调节时
* 蛋白质的分选
核糖体
膜蛋白
内质网
驻留蛋白
膜蛋白
高尔基体
驻留蛋白
膜蛋白
细胞表面 细胞外基质
溶酶体
分泌颗粒
分泌蛋白
线粒体 过氧化 细胞核 物酶体
蛋白质的合成、折叠装配、 加工成熟、分选
蛋白质是否能够发挥功能 的调控环节
（1）量：合成 √
量：降解或清除
？
（2）结构：构象，折叠，装配 √
（3）位置：去向和定位
蛋白质
细胞结构
蛋白质合成
核糖体
蛋白质合成、加工、折叠 内质网
蛋白质加工、分选
高尔基体
蛋白质降解 蛋白质降解
泛素-蛋白酶体系统 溶酶体
蛋白质合成直接相关的细胞结构
核糖体 内质网 高尔基体
结构、功能
蛋白质的合成
游离核糖体
核糖体
蛋白质合成后： 进入细胞质基质
膜结合核糖体 附着核糖体
蛋白质合成后： 在内质网膜上
或进入内质网腔内
蛋白质的合成
内质网
* 完成部分蛋白质合成
思考：哪些蛋白质在这里继续完成合成过程？ (见“蛋白质分选运输”章节）
* 蛋白质初步加工：初步糖基化
* 蛋白质的结构（构象）：正确折叠和装配
高尔基体
* 蛋白质的进一步加工和修饰 （成熟） * 蛋白质的分选（去向）、定位
高尔基体
* 蛋白质的进一步加工和修饰 糖基化、硫酸盐化
蛋白质泛素化降解
泛素（ubiquitin）: 一种含76个氨基酸的多肽, 作为标签共价结合到要被降解的蛋白质 上。 广泛存在于不同组织细胞，进化保守。
“泛素化修饰”（ubiquitination) 翻译后修饰的一种
蛋白质泛素化修饰的过程
泛素化修饰：
要被降解的蛋白在三类酶（E1、E2、E3）的次第作 用下，与至少4个泛素分子结合（多聚泛素化），从 而被泛素分子“标记”。
比较：核糖体
核糖体：80S，15-20nm
电镜照片
化学成分：蛋白质复合体
结构：桶状
19S 调节颗粒 “帽”
20S 核心颗粒
最常见的蛋白酶体：26S蛋白酶体
结构：蛋白质复合体
蛋白酶体 晶体结构简图
19S调节颗粒
*ATP水解活性位点：水解ATP *泛素结合活性位点：识别“泛素连接的底物 蛋白质”（泛素化修饰蛋白质）
…
蛋白质降解
在细胞活动中的角色
问题：
4.细胞内错误折叠的蛋白质、损伤的蛋白质怎么办？ 如（1）内质网内构象不正确的蛋白质，如何处理？
（2）细胞质基质内氧化后聚集在一起的蛋白质怎 么办？…
蛋白质降解 在细胞活动中的角色
问题：
5.应激时，细胞内的蛋白质如何快速做出应答，应 激后又如何处理？
如，DNA损伤时，p53快速增多，如何实现的？ （p53, 重要的肿瘤抑制蛋白质）
输葡萄糖的膜蛋白命运如何？
…
蛋白质降解
在细胞活动中的角色
问题：
2.细胞内多余的蛋白质如何处理？
如：内分泌细胞，合成充分过量的蛋白质激素储存 在细胞内，需要时才释放，多余的怎么办？
蛋白质降解 在细胞活动中的角色
问题：
3.细胞吞进来的蛋白质如何处理？ 如：细胞为了运输铁离子进入细胞，依靠血液
里的载铁蛋白，然后以胞吞方式进入细胞， 它们进入细胞后怎么办？
2.具有蛋白水解酶的活性，将底物蛋白质降解 成短肽和氨基酸。 3.细胞质和细胞核内均有分布。
蛋白质的数量和质量控制， 参与细胞功能和生命活动
例：蛋白酶体、蛋白质快速降解
蛋白质数量控制：
1.细胞周期相关蛋白 2.P53
(著名的肿瘤抑癌基因产物） 3.低氧诱导因子（HIF1a)
蛋白质质量控制：
4.错误折叠蛋白
*蛋白质质量的控制环节 降解
*蛋白质降解产物为短肽和氨基酸， 可作为蛋白质重新合成的原料来源之一
蛋白质降解相关细胞器
问题：
1.正常状态下，细胞基本功能或生命活动快速变 化时，执行的蛋白质如何调整它们的量？
如：（1）细胞增殖周期，不同阶段快速运转，实施
的蛋白质如何实现快速调整？ （2）进食后葡萄糖快速转运进入细胞后，运
泛素 底物
20S核心颗粒
顶面
α亚基 “门”
正面
β亚基 蛋白酶活性位点：
水解蛋白质为短肽
α亚基 或氨基酸
功能：泛素－蛋白酶体介导的蛋白质降解
(蛋白质质量控制系统) 泛素－蛋白酶体系统
(ubiquitin-proteasome system, UPS )
*多步骤反应过程， *多种不同蛋白质参与， *耗能