细胞内蛋白质的降解
自噬与泛素化蛋白降解途径的分子机制及其功能
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。
蛋白质降解和氨基酸分解代谢
COOH
H2N (CH2)3 CH
NH 2
L-鸟氨酸
CO2
H2N (CH 2)3 CH 2 NH 2
腐胺
腺苷
S+ CH3 脱羧SAM
（CH2）3NH 2
H2N
(CH2)4 NH (CH2)3 NH 2
腺苷
S+ CH 3 （CH2）3NH 2
精脒
脱羧SAM
H2N (CH2)3 NH (CH2)4 NH (CH2)3 NH 2
组氨酸和精氨酸. 注：蛋白质不能储备：进入机体内的蛋白质作为氮源和能源
进行代谢.
6、蛋白质的消化和吸收：
三、氨基酸的分解代谢
● 氨基酸的分解代谢产物
α- 酮酸： ● 氧化：CO2、H2O、ATP. ● 提供可转化为G（燃料）
的3碳和4碳单位.
NH4 + ： ●再利用生成氨基酸. ● 排泄：NH4+ 、尿素、尿
②
丙氨酸
◆查肝功抽血化验转氨酶指数的意义：
● 肝细胞中转氨酶活力比其他组织高出许多，是血液的100倍. ● 抽血化验若转氨酶比正常水平偏高则有可能：
肝组织受损破裂. ● 结合乙肝抗原等指标进一步确定原因.
（2）葡萄糖-丙氨酸循环：重要.
肌肉组织中有一种重要的转氨酶，不是以α- 酮戊 二酸(α-KG)作为氨基接受体，而是以α- 丙酮酸作
丙酮酸
乙酰CoA 草酰乙酸
乙酰乙酰CoA
天冬酰胺
异柠檬酸
谷氨酸
异亮氨酸
甲硫氨酸
α-酮戊二酸 缬氨酸
苯丙氨酸
谷氨酰胺
酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸
苹果酸
三羧酸循环
琥珀酰CoA
延胡索酸
细胞内蛋白质的降解
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。
蛋白质修饰和降解在细胞生理中的作用
蛋白质修饰和降解在细胞生理中的作用在细胞生理中，蛋白质是非常重要的一类分子，它们参与了细胞代谢、信号转导、结构保持等多种生理过程。
然而，在细胞内，蛋白质并不是一成不变的，与之相关的蛋白质修饰和降解也扮演着同样重要的角色。
一、蛋白质修饰蛋白质修饰指的是在蛋白质分子中结构上所引起的变化，有助于改变蛋白质的活性、局部结构、定位、分解，从而对细胞生理过程产生影响。
蛋白质修饰可以分为两类：可逆修饰和不可逆修饰。
1. 可逆修饰可逆修饰包括磷酸化、脱磷酸化、糖基化、乙酰化、甲基化、亚硝基化等多种形式。
磷酸化是指由磷酸化酶在特定残基上引入磷酸基，造成蛋白质分子的变化。
磷酸化可以引起蛋白质的结构变化，如促进蛋白质的结构紧密性、减轻分子的电荷、造成非共价键交互的变化，从而促进或抑制蛋白质的酶活性。
甲基化和乙酰化都是指加入烷基分子来修饰蛋白质，他们主要发生于赖氨酸和天冬酰胺，他们可以改变蛋白质分子的电荷性、即时结构（亲水性、多变）、转运和活性等。
2. 不可逆修饰如糖基化、羧化、和氨基酸的氧化等，对蛋白质分子不可逆酸配置和氧化的等，对蛋白质分子不可逆的修饰会引起蛋白质结构的持久性改变，导致蛋白质的酶活性或免疫原性改变。
二、蛋白质降解蛋白质降解是指细胞内将不需要的蛋白质分解成氨基酸和短肽段的过程。
主要包括自噬-溶质体途径和普通蛋白-酶体途径两种方式。
1. 自噬-溶质体途径自噬是一种通过囊泡来降解分子的过程，其中特殊的细胞器称为自噬体。
它们可以被囊泡吞噬的物质被虚空酸性液体包裹，然后用酶降解成氨基酸和短肽。
2. 普通蛋白-酶体途径普通蛋白-酶体途径是在酶体中进行的一种降解蛋白质的方法，较为常见于细胞质和核质中。
蛋白质在细胞中和废物蛋白（生物毒素）通过自噬或者其他途径进入酶体，酶体内的酶就会将其降解成氨基酸和短肽。
三、蛋白质修饰和降解在细胞生理中的作用蛋白质修饰和降解是生命活动的基础。
蛋白质修饰可以调节蛋白质活性，控制免疫应答、发育过程等重要的生理过程。
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：。
生化11.2.1-蛋白质降解的反应机制——溶酶体降解机制
– 一种弱碱，以不带电荷的形式随意穿透溶酶体，累 积形成带电荷型，增高溶酶体内部pH，进一步阻碍 溶酶体功能。
• 溶酶体抑制剂对于非正常蛋白质或短寿命酶无快 速降解的效应，但是可以防止饥饿状态下蛋白质
的加速崩溃。
• 许多正常的和病理的活动常伴随溶酶体活 性的升高。
• (1)溶酶体表面高度糖基化，有助于保护自身不被 酶水解。
• (2)溶酶体内保持pH5左右，其内的水解酶在pH 值5左右活性最佳。
• (3)当被水解的物质进入溶酶体内，溶酶体内的酶 类行使其分解作用。溶酶体膜破损，大量水解酶 逸出导致细胞自溶。
• 溶酶体对细胞内各组分的再利用是通过它融合 自体吞噬泡，并分解其内容物来实现的。
n b.在饥饿的细胞，溶酶体会引入一种选择机制， 选择性的降解含有五肽Lys-Phe-Glu-Arg-Gln或与其 密切相关序列的胞内蛋白，为必不可少的代谢过 程提供必需的营养物质。有组织特异性。
溶酶体（lysosomes）
• 为单层膜包被的囊状结构，是真核细胞中的一种 细胞器
• 溶酶体的酶有3个特点：
Ø 例如，糖尿病会刺激溶酶体的蛋白质分解；
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• 由于废弃使用神经切除或创导致肌肉损毁 可引起溶酶体活性升高。
Ø 例如，产后子宫的萎缩，此时子宫肌肉器官的重 量迅速下降。
2kg
9天
50g
溶酶体降解蛋白质并没有选择性， 不需要能量
生化11.2.1-蛋白质降解的反应机制 ——溶酶体降解机制
？ 蛋白质代谢
蛋白质的消化过程
合成
细胞内蛋白质的降解
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。
生化11.2.2-蛋白质降解的反应机制——ATP-依赖性的泛素标记的蛋白质降解机制
途径包括两个步骤
• ①靶蛋白的泛素化； • ②泛素化的蛋白质被26S蛋白水解酶
复合体水解。
①靶蛋白的泛素化
• 泛素是一种存在于所有真核生物中小蛋白， 其含量丰富、无所不在
• 76AA残基 • 8.45KD，小分子蛋白质 • 氨基酸序列高度保守
– 酵母与人只相差3个AA残基
• 最初从小牛胰素在去泛素化酶作用下与底物解离后回 到胞质重新利用。
去泛素化酶
• 一种特异性降解蛋白的重要途径，参与了机 体多种代谢活动；
– 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的降解。
泛素
O
HS-E2
C S E1
HS-E1 泛素
O C S E2
泛素化信号通路
• 第三步反应，高度保守的泛素蛋白质连接 酶将活化泛素从E2转移到一个需要被降解 的蛋白质Lys的ε-氨基。
泛素
被降解
O 蛋白质 HS-E2
C S E2
E3
泛素
O C NH 被降解蛋白质
泛素化信号通路
• Lys-NH2已与蛋白质结合，异肽键，形成“ 标记”蛋白质。
• 也有研究表明两个泛素单体形成的泛素链 更能有效地被蛋白酶体降解。
E1、E2和E3
• E3使这一系统具有了底物特异性 • E2或者E2-E3决定底物上泛素链的类型 • E1、E2和E3蛋白的数量依赖于生物体和细
胞类型，人体中存在大量不同E3蛋白，说 明泛素-蛋白酶体系统可作用于数量巨大的 靶蛋白。
• 蛋白质降解存在第二条途径——泛素标记 的蛋白质降解途径。
蛋白质的泛素化降解
蛋白质的泛素化降解
蛋白质泛素化降解是一种细胞内的蛋白质降解途径。
该途径依赖于一个小分子蛋白质标记物-泛素的结合和解除结合过程。
泛素是一种由76个氨基酸残基组成的小蛋白质，可以共价结
合到要被降解的蛋白质上。
这个共价结合的过程包括了三个主要的酶参与：泛素激活酶（E1）、泛素连接酶（E2）和泛素
连接酶（E3）。
首先，泛素激活酶（E1）会将泛素与ATP结合形成高能的泛
素-AMP中间体。
然后，泛素会与泛素连接酶（E2）结合，这
样E2就携带有泛素。
最后，泛素连接酶（E3）会介导将泛素
从E2转移到目标蛋白质上。
这个过程被称为泛素化。
一旦目标蛋白质被泛素化，它就会被泛素连接酶（E3）介导
的酶系统（泛素连接酶E3和泛素连接酶E4）识别和降解。
通常，泛素连接酶（E3）与目标蛋白质相互作用，并引导其进
入到蛋白酶体或溶酶体中。
一旦目标蛋白质被转运进入蛋白酶体或溶酶体，目标蛋白质会被泛素酶体分解，泛素会被释放出来再次参与到降解过程中。
蛋白质泛素化降解在细胞中起着重要的调控作用，它可以调控蛋白质的稳态水平，清除异常的、老化的或者损坏的蛋白质，并参与到细胞信号传导、细胞周期和应激响应等生物学过程中。
蛋白质的降解
蛋白质的降解
蛋白质是生命体内最重要的有机物之一，是构成细胞及组织的基础。
但是，蛋白质在生命体内并不是永久存在的，而是经过一定的代谢作用后被降解掉。
蛋白质的降解过程是一个复杂的过程，涉及到多种酶的参与，包括蛋白酶、肽酶等。
蛋白质降解的主要途径是通过蛋白酶的作用将蛋白质分解成小分子，再通过肝脏和肾脏等器官的代谢作用将其转化为能量或废物排出体外。
此外，蛋白质在细胞内还会经历泛素化和蛋白酶体途径的降解，这是一种通过标记蛋白质并将其送入蛋白酶体内降解的过程。
蛋白质的降解是一个动态平衡的过程，当蛋白质合成速度高于降解速度时，蛋白质的含量就会增加，反之则会减少。
因此，蛋白质的降解对于维持生命体内的蛋白质水平具有至关重要的作用。
总之，蛋白质降解是生命体内的一个重要代谢过程，对于维持生命体内的蛋白质水平具有重要作用。
了解蛋白质的降解过程对于预防和治疗某些疾病具有重要意义。
- 1 -。
蛋白质降解机制在细胞代谢中的作用
蛋白质降解机制在细胞代谢中的作用在生命科学领域中，蛋白质是一个非常重要的研究对象。
除了脂质和碳水化合物外，蛋白质是生命体中最主要的物质之一。
蛋白质降解机制在细胞代谢中扮演着至关重要的角色。
本文将着重探讨蛋白质降解机制在细胞代谢过程中的作用。
1. 蛋白质摄取与代谢蛋白质主要是由氨基酸组成的大分子链，有着重要的营养作用。
在食物中，我们会摄取到不同来源的蛋白质，例如肉类、豆类、鸡蛋、奶制品等。
在人体中，蛋白质进入胃部后被胃酸和酶分解为小肽和氨基酸，随后被吸收到小肠壁上的上皮细胞中。
在上皮细胞内，氨基酸进一步被分解为单独的氨基酸，并通过肝脏被转换和调节后进入血液循环系统。
2. 蛋白质降解机制在细胞中，蛋白质降解机制可以分为两个主要的通路，即自噬途径和泛素-蛋白酶体途径。
2.1 自噬途径自噬是一种生物无氧代谢途径，需要通过紧密的膜系统来实现。
在该途径中，蛋白质分子会被包裹在酶解泡中，并通过酶水平的调控对蛋白质进行降解。
自噬途径中包含多个细胞器和细胞膜，其中最重要的细胞器是自噬体（autophagosome）。
自噬体是由内质网（ER）或线粒体周围的膜包裹而成，可以对来自细胞外和细胞内的物质进行分解。
自噬体形成和分解过程都非常复杂，需要依靠多个自噬蛋白质（Atg）和多种酶水平的调控。
2.2 泛素-蛋白酶体途径泛素-蛋白酶体途径是一种非常重要的蛋白质分解途径，它可以将各种被泛素标记的蛋白质（即被要降解的蛋白质）送往蛋白酶体进行分解。
在该途径中，细胞会通过将泛素连接到需要降解的蛋白质上，以标志其需要进行降解。
接着，被标记的蛋白质会被送入到蛋白酶体内，通过蛋白酶体中的酶对蛋白质进行水解。
这样，细胞可以通过泛素-蛋白酶体途径快速地分解需要降解的蛋白质，维持正常的代谢平衡。
3. 蛋白质降解机制的作用蛋白质降解机制在细胞代谢中发挥着非常重要的作用。
首先，它可以清除细胞中的有害蛋白质，例如老化或损伤细胞中的蛋白质、具有病因的异形蛋白等。
[生物学]真核生物内蛋白质的降解途径
![[生物学]真核生物内蛋白质的降解途径](https://img.taocdn.com/s3/m/c74426d3aef8941ea76e0569.png)
二、真核细胞内蛋白质的降解途径
对于哺乳动物来说，虽然细胞凋亡受多种因子 调控，但细胞凋亡的最终执行者是胱天蛋白 酶（Caspase）家族，Caspase的含义是指该 类蛋白酶的活性部位为极保守的半胱氨酸 （cysteine）及特异性切割底物的天冬氨酸 （aspase）,故简称Caspase。目前已发现了 该家族的14种成员，它们以酶原的形式存在 于正常细胞中，一旦细胞凋亡启动，便被激 活，降解蛋白质，执行细胞的凋亡。
二、真核细胞内蛋白质的降解途径
2.4线粒体蛋白酶
• 线粒体基质中含有一个完整的蛋白质周转 系统，并存在一种依赖ATP的细胞器蛋白 降解途径。 • 线粒体蛋白酶系统中不含有泛素，但含有 高分子蛋白酶复合体。该复合体在与细胞 中发现的相似。 • 线粒体蛋白酶分解系统能把多肽或游离的 蛋白质亚基消化成氨基酸。
二、真核细胞内蛋白质的降解途径
溶酶体途径
胱天蛋白酶（Caspase）水解途径
胞液蛋白酶水解途径
Clapains钙蛋白酶系统
泛素-蛋白酶体途径
线粒体蛋白酶
二、真核细胞内蛋白质的降解途径
• 2.1溶酶体途径
溶酶体是真核细胞内重要 的细胞器，属于内膜系统 的组分。它内含60多种酸 性水解酶，能够分解蛋白 质、核酸、多糖及脂类等。
②泛素的转移 活化的泛素转移到泛素结合酶E2的半胱氨酸巯基上，前面我们提到过， E2的作用是将泛素分子绑在蛋白质上，但是，其本身不能特异性的识别蛋白质，所以， 需要E3的帮助。
二、真核细胞内蛋白质的降解途径
• 2.3泛素——蛋白酶体体系
2.3.3依赖泛素的蛋白酶体体系降解蛋白质的过程
（一）蛋白质的泛素化 ③泛素与蛋白质结合 E3具有特异性，可以识别出需破坏的目标蛋白质，即底物蛋白。 底物蛋白先与泛素蛋白连接酶E3结合，E3可使连接了泛素的E2和底物蛋白相互接近， 继而，泛素分子C——末端的甘氨酸残基就与目标蛋白的赖氨酸ε—氨基结合形成异肽键。 一旦有一个泛素分子结合到蛋白质上，不断重复上述过程，下一个泛素又可以连接到前 一个泛素分子48位的赖氨酸残基上。通常多于4个泛素分子，至此即完成了蛋白质的泛 素化。也就是给底物蛋白按上了标签。 （二）蛋白酶体降解蛋白质 被泛素化的蛋白质，就能够被蛋白酶体识别并被多种蛋白水解酶水解成寡肽。
蛋白质质量控制和蛋白质降解的机制
蛋白质质量控制和蛋白质降解的机制蛋白质是生命体中最重要的生物大分子之一，它们在生命过程中扮演着不可替代的角色。
但是，蛋白质的合成和降解必须保持一个动态平衡，以保证生命体的正常运转。
有关蛋白质的质量控制和降解机制，一直是生物学领域的重要研究方向之一。
一、蛋白质的质量控制细胞内的蛋白质合成需要通过核糖体将氨基酸组装成多肽链，形成成熟的蛋白质。
在这个过程中，往往会出现错误的组装、折叠不完整、不稳定或者失去功能的蛋白质。
这种异常蛋白质会影响正常细胞功能，甚至会导致疾病的发生。
因此，细胞内存在一系列的蛋白质质量控制机制，来对不良蛋白质进行修复或者降解。
其中，最主要的机制包括：分子伴侣介导的折叠控制、泛素降解途径和自噬途径。
1、分子伴侣介导的折叠控制分子伴侣是一类细胞内重要的蛋白质，它们能够结合未折叠或部分折叠的蛋白质，协助其完成正常的折叠过程。
细胞内分子伴侣的种类很多，最常见的是Hsp70和Hsp90家族。
Hsp70家族分子伴侣负责结合未折叠或部分折叠的蛋白质，在ATP的辅助下促进蛋白质的折叠。
而Hsp90家族分子伴侣则负责结合已经部分折叠完成的蛋白质，协助其完成完整的折叠过程。
2、泛素降解途径泛素是一种小分子蛋白质，主要作用是通过连接蛋白质上的氨基酸残基，将需要降解的蛋白质标记出来。
被标记的蛋白质会被多种酶降解，最终释放出单个氨基酸和短肽。
泛素降解途径是细胞内最主要的蛋白质质量控制途径之一，它能够清除一些异常的蛋白质，保障细胞正常的生物学功能。
3、自噬途径自噬途径是细胞内的一种吞噬降解机制，能够积累和降解蛋白质聚合体、细胞器和其他大分子复合物等。
自噬途径的功能是清除过时或部分失去功能的细胞组成部分，维护细胞正常的生物学功能。
二、蛋白质的降解机制蛋白质的降解机制主要通过泛素降解途径和自噬途径来完成。
其中，最常见的是泛素降解途径。
泛素降解途径的主要机制包括泛素连接、泛素酶介导的降解和蛋白质结构分解。
泛素连接是指通过连接泛素分子到蛋白质上，标记需要降解的蛋白质。
蛋白质分解途径
蛋白质分解途径蛋白质是生物体内重要的有机分子，它们在细胞结构和功能中起着关键作用。
然而，蛋白质不能永久存在，它们会经历一系列的分解途径。
本文将介绍蛋白质分解途径的几个重要过程。
1. 蛋白质降解的起始：泛素化蛋白质的降解通常以泛素化作为起始。
泛素是一种小分子蛋白质，能够与目标蛋白特异性地结合并形成泛素-目标蛋白复合物。
这一过程涉及到泛素激活酶、泛素结合酶和泛素连接酶等多个酶的参与。
2. 蛋白质的泛素降解：泛素-蛋白酶体途径泛素化的蛋白质通常被送往蛋白酶体进行降解。
蛋白酶体是一种细胞内的蛋白质降解系统，它包含有蛋白酶，能够将泛素化的蛋白质降解为小肽或氨基酸。
3. 蛋白质的自噬降解：自噬体途径蛋白质也可以通过自噬体途径进行降解。
自噬是一种细胞内的降解过程，其特点是通过自噬体包裹目标蛋白质，然后将其运送到溶酶体内部进行降解。
自噬体途径在应对细胞应激、维持细胞内营养平衡等方面起着重要作用。
4. 蛋白质的泛素-蛋白酶体途径和自噬途径的调控蛋白质的泛素-蛋白酶体途径和自噬途径的调控非常复杂。
涉及到多个信号通路和调控因子的参与。
例如，磷酸化、泛素连接酶的活性调节以及蛋白酶体和自噬体的融合等都能够影响蛋白质降解的效率和速度。
5. 蛋白质的降解产物利用蛋白质降解产物如小肽和氨基酸可以被细胞进一步利用。
小肽和氨基酸可以通过转运蛋白进入细胞质，参与新蛋白质的合成。
此外，氨基酸还可以通过三羧酸循环进入能量代谢途径，提供能量。
总结：蛋白质分解途径包括泛素-蛋白酶体途径和自噬体途径。
这两个途径通过将蛋白质降解为小肽和氨基酸，维持细胞内蛋白质的动态平衡。
蛋白质降解途径的调控非常复杂，涉及到多个信号通路和调控因子的参与。
蛋白质降解产物可以通过转运蛋白进入细胞质，参与新蛋白质的合成，或者通过三羧酸循环进入能量代谢途径，提供能量。
蛋白质分解途径的研究对于理解细胞代谢和生物学过程具有重要意义。
蛋白质降解的途径
文档标题：揭秘蛋白质降解的那些门道正文：嘿，各位看官，今天咱们就来聊聊蛋白质降解这个话题。
别看它听起来挺高大上，其实说白了，就是人体里那些用不着的、坏掉的蛋白质，怎么被收拾干净的过程。
下面，就让我用接地气的方式，给大家说道说道蛋白质降解的途径。
首先，咱们得知道，蛋白质降解主要有三条路子：溶酶体途径、泛素-蛋白酶体途径和自噬途径。
这三兄弟各司其职，共同维护人体内的蛋白质平衡。
第一条路子：溶酶体途径溶酶体这玩意儿，就像人体里的“垃圾处理厂”。
当细胞里的一些蛋白质废料需要处理时，溶酶体就会派出它的“拆迁队”——酸性水解酶，把这些蛋白质分解掉。
这个过程简单来说，就是“吃掉”那些没用的蛋白质。
比如，咱们身体里的红细胞，寿命到了，就会被溶酶体分解，回收利用。
第二条路子：泛素-蛋白酶体途径这第二条路子，可是个精细活。
泛素这东西，相当于给蛋白质打了个“标记”。
当蛋白质被标记后，蛋白酶体这个“剪刀手”就会出动，把标记的蛋白质剪成小片段，然后让它们变成氨基酸，重新利用。
这个过程，就像是我们生活中的垃圾分类，有用的废物利用，没用的就淘汰。
第三条路子：自噬途径自噬途径，听着有点玄乎，其实说白了，就是细胞自己吃自己。
当细胞里的蛋白质、细胞器等部件用旧了，细胞就会启动自噬途径，把这些旧部件包裹起来，送到溶酶体那里去分解。
这个过程，就像是我们换季收拾衣柜，把那些旧衣服捐出去，给需要的人。
这三条蛋白质降解的途径，各有各的妙处。
它们共同保证了人体内蛋白质的新陈代谢，让我们的身体保持活力。
要是哪天这些途径出了问题，那可就麻烦了，轻则生病，重则危及生命。
总之，蛋白质降解这个事儿，虽然听起来挺复杂，但说白了，就是人体的一种自我调节、自我清洁的过程。
咱们平时得多注意保养身体，让这些降解途径保持畅通，才能保证身体健康，吃嘛嘛香。
好啦，关于蛋白质降解的途径，今天就聊到这里。
希望大家都能从中得到点启示，好好爱护自己的身体，让它们为我们服务得更久、更好！。
细胞内蛋白质降解途径
细胞内蛋白质降解途径细胞内蛋白质降解途径是维持细胞内蛋白质稳态的重要过程。
细胞内蛋白质在其生命周期内会经历合成、折叠、功能发挥和降解等多个环节，其中降解是维持细胞内蛋白质稳态的关键环节。
本文将介绍细胞内蛋白质降解的三个主要途径：泛素-蛋白酶体途径、泛素-溶酶体途径和自噬途径，并探讨它们在维持细胞内蛋白质稳态中的作用和调控机制。
一、泛素-蛋白酶体途径泛素-蛋白酶体途径是细胞内最主要的蛋白质降解途径之一。
该途径主要通过降解已被泛素化的蛋白质。
泛素是一种小分子蛋白质，可以通过泛素激活酶、泛素结合酶和泛素连接酶的协同作用与目标蛋白质结合，形成泛素化的复合物。
这些泛素化的蛋白质复合物会被蛋白酶体识别并降解。
蛋白酶体是一种含有多种蛋白酶的细胞器，能够降解具有不同结构和功能的泛素化蛋白质。
这种途径在调控细胞周期、应激反应和免疫应答等生理过程中起到重要作用。
二、泛素-溶酶体途径泛素-溶酶体途径是另一种重要的蛋白质降解途径。
与泛素-蛋白酶体途径不同，该途径主要通过降解溶酶体中的蛋白质来维持细胞内蛋白质稳态。
在这个过程中，目标蛋白质被泛素化，并通过蛋白质糖基化修饰与溶酶体膜相结合，形成泛素化的溶酶体。
这些泛素化的溶酶体会进一步与内质网相关蛋白质一起进入溶酶体内部，并被溶酶体中的酸性酶降解。
泛素-溶酶体途径在细胞内维持蛋白质质量控制和细胞应激反应中发挥重要作用。
三、自噬途径自噬途径是一种通过溶酶体降解细胞内器官、蛋白质聚集体和异常蛋白质等的过程。
自噬途径主要通过形成自噬体来实现降解目标物质。
自噬体是由自噬囊膜包裹的膜囊结构，它能够将目标物质包裹并输送到溶酶体内部进行降解。
自噬途径在细胞发育、维持细胞内营养平衡和清除异常蛋白质等方面发挥重要作用。
此外，自噬途径还与多种疾病的发生和发展密切相关，如癌症、神经退行性疾病等。
细胞内蛋白质降解途径的调控机制非常复杂。
泛素-蛋白酶体途径和泛素-溶酶体途径都需要泛素连接酶家族的参与，而自噬途径则需要自噬相关基因的参与。
细胞自噬过程中蛋白质降解机制研究
细胞自噬过程中蛋白质降解机制研究随着生物技术的不断发展，人们对于自体细胞自噬机制的研究也越来越深入。
而蛋白质降解机制则是自噬过程中最重要的一环。
本文将就细胞自噬过程中蛋白质降解机制的研究进行探讨。
1. 细胞自噬的概述细胞自噬是一种细胞内垃圾处理方式，即将局部组成和有害物质通过泡状结构包裹并转运至溶酶体进行降解。
细胞自噬可以促进细胞代谢，维持细胞生长发育，调节细胞死亡进程等方面发挥重要作用。
2. 细胞自噬与蛋白质降解的关系在自噬过程中，大量的蛋白质需要被降解。
而蛋白质的降解主要依靠溶酶体酶体和蛋白酶体进行。
其中，酶体中的蛋白质酶主要是降解胞质内长期存在、不需要进行合成的蛋白质，而蛋白酶体则主要起到降解短寿命的蛋白质的作用。
3. 细胞自噬中的蛋白质标记为了将需要降解的蛋白质选择性地送到自噬体内，需要通过蛋白质标记来实现。
目前已知的蛋白质标记在自噬中起着不同的作用。
其中，蛋白质磷酸化是自噬最基本的标记方式，通过特定的磷酸化酶将宿主蛋白定向到自噬体。
另外，泛素化也是自噬中较为常见的标记方式。
在泛素化之后，被标记的蛋白便会被自噬体所吞噬。
4. LC3与自噬过程的关系LC3（Microtubule-associated protein 1A/1B-light chain 3）是一种参与细胞自噬过程的蛋白质。
LC3在蛋白质降解的过程中，被认为是自噬体定向的关键因素之一。
LC3可以同时与自噬体和其他蛋白质进行结合，形成一个重要的局部结构，使其能够进入溶酶体进行降解。
5. 细胞自噬中的蛋白质合成自噬过程中不仅需要对蛋白质进行降解，还需要进行蛋白质合成。
在自噬中，蛋白质合成是受到翻译因子的控制，但需要注意的是，不同的生物物种在自噬中的蛋白质合成方式是有所不同的。
6. 自噬在疾病中的作用自噬作为一种维持细胞代谢平衡的重要机制，在疾病中也发挥着重要作用。
例如自噬在癌症、神经退行性疾病等方面的作用已被广泛研究。
总之，自噬是一种非常重要的细胞内垃圾处理方式，而在自噬过程中，蛋白质降解机制则是极为重要的一环。
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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。
Nmec： N-甲基香豆素
TAT：酪氨酸转氨酶
Z-Phe-Phe-CHN2： 苯甲基氧羰基-Phe-Phe-重氮甲基酮
大量证据显示，饥饿胁迫期间大鼠肝细胞的溶酶体特别大， 含有细胞质或细胞器碎片，这种“自体吞噬泡”数目与蛋白质 降解的速率密切相关。 利用弱碱氯奎（ chloroguine ）处理细胞，氯奎可扩散到 溶酶体内并在其中蓄积，使pH升高，组织蛋白酶的活性下降， 蛋白质降解总速率也随之下降。 利用组织蛋白酶 B 和 L 的抑制剂 leupeptin 处理细胞，细胞 蛋白分解的总速率也明显下降。 表明溶酶体系统在某些生理条件下是细胞蛋白降解的主要 途径，它在蛋白质水解总量所占份额取决于营养和内分泌状况。
每一种蛋白质在细胞内的数量一方面取决于其合成， 包括转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平的 调控；另一方面则取决于它的降解。 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。 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。
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。 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：
细胞发育阶段的转移和对新环境条件的适应能力 经常要求迅速拆除现存的调控网络，常常依赖于水解 有关的蛋白质。 蛋白质水解在决定活性蛋白质最终浓度方面的 优势，在于它的快速和不可逆性。 细胞内蛋白质降解的生物学意义可概括为以下 几个方面：
5.1.3.1 维持细胞内氨基酸代谢库的动态平衡
维持细胞家政和生长发育需要保证氨基酸代谢 体内的氨基酸代谢库需要保持在600～700g，每日从 食物中吸收70～100g，从组织蛋白降解中回收300～ 500g ，新合成的 30～40g ，合成组织蛋白需消耗 300 ～500g，分解代谢消耗120～130g，还有少量用于合 成其它含氮物质。
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。
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。
溶酶体中至少有60多种水解酶，包括多种组织蛋白酶（见表 5.2）。其中包括半胱氨酸蛋白酶（组织蛋白酶B、L、H、M、N、S 和T）和天冬氨酸蛋白酶（组织蛋白酶D和E）。组织蛋白酶多为 单体，分子量20～40kDa，均为糖蛋白，在酸性pH下活性最大， 在碱性pH下不稳定。 组织蛋白酶B优先作用于Arg后的肽键，其同工酶表现出肽基 二肽酶活性，从C-端切下二肽； 组织蛋白酶L作用于两个疏水残基相邻的残基之后的肽键； 组织蛋白酶D优先裂解疏水残基近旁的肽键； 组织蛋白酶H在体外系统表现出氨肽酶活性。
表5.2 溶酶体中的一些蛋白酶
酶 组织蛋白酶B （EC3.4.22.1） 组织蛋白酶L （EC3.4.22.15） 组织蛋白酶H （EC3.4.22.16） 组织蛋白酶M 组织蛋白酶N 组织蛋白酶S 组织蛋白酶T 组织蛋白酶D （EC 3.4.23.5） 组织蛋白酶E 分子量（kDa） 25 24 28 30 20 25 35 42 100 近似酶最适pH 5 5 5 5~7 3.5 3.5 6 3.5 2.5 常用的分析底物 Z-Arg-Arg-NMec 偶氮酪蛋白 Arg-NMec 醛缩酶 胶原 血红蛋白 TAT，偶氮酪蛋白 血红蛋白 白蛋白 抑制剂 巯基试剂 巯基试剂 Z-Phe-Phe-CH N2 巯基试剂 巯基试剂 巯基试剂 巯基试剂 抑胃肽 抑胃肽
与消化道内食物蛋白的消化不同，细胞内蛋白质降解是 高度受控制的复杂过程。细胞内蛋白质降解的一般特征： （1）大多数蛋白质降解需要能量。虽然肽键水解是放能的， 大多数纯化的蛋白酶也与能量无关，但是细胞内蛋白降解包括 依赖能量的步骤，而且具有调控作用。 （2）快速。很难探测到细胞内蛋白降解的中间产物，表明 蛋白水解装置一旦遇到合适目标，立即将其彻底消化，避免 降解中间产物的累积干扰正常的生理活动。
属于金属蛋白酶的还有ER、线粒体和叶绿体的信号肽酶、
嗜热菌蛋白酶 思
金属蛋白酶及其活性中心 的结构
5.1.1.2 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
(ATP依赖型丝氨酸蛋白酶,从线粒体中清除被氧化的蛋白质)
（2）E.coli （3）E.coli （4）E.coli
ClpAP蛋白酶体 HslVU蛋白酶 FtsH蛋白酶
(ATP依赖型丝氨酸蛋白酶体,降解异常蛋白或短寿期蛋白) （ATP依赖型丝氨酸蛋白酶,降解错误折叠蛋白和异常蛋白） （ATP和Zn2+依赖型金属蛋白酶，降解异常蛋白）
（5）Thermoplasma acidophilum Tricorn蛋白 酶
胰凝乳蛋白酶 胰凝乳蛋白酶
枯草溶菌素
丝氨酸蛋白酶 及其活性中心 的结构
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）。
（ 3 ）蛋白酶的专一性较低，为了避免对细胞蛋白质造成 随机破坏，必须对它们进行严格的调控和区域化。 （4）细胞内蛋白水解是高度选择性的。即使同一细胞环境， 不同蛋白质的半寿期从数分钟到数周，而决定蛋白质半寿期的 信号常常是小的、保守的结构模体。 该过程不仅是复杂的基因功能调控级联的最后步骤，也是 氨基酸再循环系统的组成部分。
“？”表示原核蛋白酶或尚待确认。Chloro ：叶绿体；ER：内质网，Mito：线粒体
体外系统研究表明，哺乳动物细胞质至少有两类重要 的蛋白水解系统： （ 1 ）溶酶体系统（酸性系统），主要负责降解外来 蛋白、膜蛋白和长寿命蛋白； （ 2 ）泛肽 - 蛋白酶体系统（碱性系统），主要降解 反常蛋白和短寿命蛋白。
表5.1 大鼠肝细胞一些蛋白质的半寿期
蛋 白 质 短寿命蛋白质： 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 长寿命蛋白质： 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 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