1、第二部分第二部分 蛋白质的修饰与降解蛋白质的修饰与降解 在完成肽链合成和折叠形成正确的空间构在完成肽链合成和折叠形成正确的空间构象后，许多蛋白质还需要经过适当的化学象后，许多蛋白质还需要经过适当的化学修饰，才能发挥正常的功能。修饰，才能发挥正常的功能。蛋白质修饰和降解在真核细胞生长和平衡蛋白质修饰和降解在真核细胞生长和平衡过程中发挥重要的作用。过程中发挥重要的作用。研究意义研究意义原核细胞的结构特点原核细胞的结构特点真核细胞的结构特点真核细胞的结构特点高尔基体线粒体滑面内质网溶酶体核糖体粗面内质网细胞核蛋白质的修饰蛋白质的修饰概念：概念：是指蛋白质翻译后进行共价修饰加工的过程，是指蛋白质翻译后
2、进行共价修饰加工的过程，通过一个或几个氨基酸残基加上修饰基团而改变通过一个或几个氨基酸残基加上修饰基团而改变蛋白质的性质。蛋白质的性质。目的：目的：调节蛋白质的活性，使蛋白质结构更为复杂，调节蛋白质的活性，使蛋白质结构更为复杂，功能更完善。功能更完善。蛋白质的修饰蛋白质的修饰 磷酸化修饰磷酸化修饰 脂基化修饰脂基化修饰 甲基化修饰甲基化修饰 乙酰化修饰乙酰化修饰 类泛素化修饰类泛素化修饰 巴豆酰化修饰巴豆酰化修饰一、磷酸化修饰一、磷酸化修饰 蛋白激酶蛋白激酶催化的催化的磷酸基转移反应磷酸基转移反应，是最常见，最重要的蛋白质翻译后修饰方是最常见，最重要的蛋白质翻译后修饰方式之一。式之一。在细胞信
3、号转导过程中起重要作用。在细胞信号转导过程中起重要作用。19921992年年 Fischer EHFischer EH和和krebs EG krebs EG 共同获诺共同获诺贝尔生理或医学奖。贝尔生理或医学奖。蛋白质磷酸化和去磷酸化蛋白质磷酸化和去磷酸化 蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化：是通过：是通过蛋白激酶蛋白激酶催化将催化将ATPATP或或GTPGTP的的位磷酸基转移到蛋白质特定位点位磷酸基转移到蛋白质特定位点上的过程。上的过程。蛋白质去磷酸化蛋白质去磷酸化：蛋白质磷酸化逆过程由：蛋白质磷酸化逆过程由蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶催化，称为蛋白质去磷酸化。催化，称为蛋白质去磷酸化。细胞内细胞内30%30%
4、蛋白质可被磷酸化和去磷酸化修饰。蛋白质可被磷酸化和去磷酸化修饰。蛋白质磷酸化的生物学作用蛋白质磷酸化的生物学作用 细胞信号传导、细胞信号传导、神经活动、神经活动、肌肉收缩肌肉收缩及细胞增殖、及细胞增殖、发育和分化等生理病理过程。发育和分化等生理病理过程。许多调控机制都涉及蛋白质的磷酸化修饰。许多调控机制都涉及蛋白质的磷酸化修饰。蛋白质磷酸化修饰生物学效应蛋白质磷酸化修饰生物学效应 增强或减弱被修饰蛋白质的酶活性或其他增强或减弱被修饰蛋白质的酶活性或其他活性；活性；改变蛋白质的亚细胞定位；改变蛋白质的亚细胞定位；改变蛋白质与其他蛋白质或其他生物分子改变蛋白质与其他蛋白质或其他生物分子的相互作用。
5、的相互作用。催化蛋白质磷酸化的催化蛋白质磷酸化的蛋白激酶蛋白激酶 最大的蛋白家族，有保守的催化核心最大的蛋白家族，有保守的催化核心（250-300250-300个氨基酸残基）和多种调控模式。个氨基酸残基）和多种调控模式。根据底物的磷酸化位点分为三类：根据底物的磷酸化位点分为三类：蛋白质丝氨酸、苏氨酸激酶；蛋白质丝氨酸、苏氨酸激酶；蛋白质酪氨酸激酶；蛋白质酪氨酸激酶；双专一性蛋白激酶双专一性蛋白激酶1.1.蛋白质丝氨酸、苏氨酸激酶蛋白质丝氨酸、苏氨酸激酶 cAMPcAMP依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶（cAMP dependent protein kinase,PKA)CaCa2+2+/磷脂依赖的
6、蛋白激酶磷脂依赖的蛋白激酶（Ca2+/phospholipid dependent protein kinase,Ca2+/PL-PK)或蛋白激或蛋白激酶酶C C(protein kinase C,PKC)CaCa2+2+/钙调蛋白依赖的蛋白激酶钙调蛋白依赖的蛋白激酶（Ca2+/calmodulin dependent protein kinaes,CaM-PK)cGMPcGMP依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶 (cGMP dependent protein kinase,PKG)DNADNA依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶（DNA dependent protein kinase,DNA-PK)2.
7、2.蛋白质酪氨酸激酶蛋白质酪氨酸激酶 特异性催化蛋白质特异性催化蛋白质酪氨酸残基磷酸化酪氨酸残基磷酸化的激的激酶家族。酶家族。分为受体型分为受体型PTKPTK和非受体型和非受体型 PTKPTK。3.3.双专一性蛋白激酶双专一性蛋白激酶 同时自身磷酸化同时自身磷酸化TyrTyr和和Ser/ThrSer/Thr 在信号级联反应中其重要作用在信号级联反应中其重要作用催化蛋白质去磷酸化的催化蛋白质去磷酸化的蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶 蛋白质丝氨酸蛋白质丝氨酸/苏氨酸磷酸酶苏氨酸磷酸酶 PP1 PP1、PP2APP2A、PP2CPP2C、PPXPPX等，亚细胞定位不同。等，亚细胞定位不同。蛋白质酪氨酸磷酸酶蛋
8、白质酪氨酸磷酸酶 目前已发现目前已发现3030多种，多种，1/31/3是跨膜蛋白质酪氨酸是跨膜蛋白质酪氨酸磷酸酶，类似受体分子。磷酸酶，类似受体分子。2/32/3位于胞质，为非位于胞质，为非受体型蛋白质酪氨酸磷酸酶。受体型蛋白质酪氨酸磷酸酶。蛋白激酶抑制剂和蛋白磷酸酶抑制剂蛋白激酶抑制剂和蛋白磷酸酶抑制剂 蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性均可被一些蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性均可被一些小分子化合物抑制。小分子化合物抑制。这些小分子化合物在疾病治疗或蛋白激酶这些小分子化合物在疾病治疗或蛋白激酶和蛋白磷酸酶的研究中具有重要的意义。和蛋白磷酸酶的研究中具有重要的意义。1.1.常见的蛋白酶抑制剂常见的蛋白酶抑
9、制剂 作用于蛋白激酶作用于蛋白激酶ATPATP结合部位抑制剂：结合部位抑制剂：该类抑制剂对该类抑制剂对PKAPKA、PKCPKC、PKGPKG、MLCKMLCK、CKCK 、CKCK、CAMKCAMK均有抑制作用。均有抑制作用。是是应用最广泛的蛋白质丝氨酸应用最广泛的蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶抑苏氨酸激酶抑制剂。制剂。PTKPTK的抑制剂的抑制剂2.2.常见的蛋白磷酸酶抑制剂常见的蛋白磷酸酶抑制剂 PP1PP1和和PP2APP2A的抑制剂：的抑制剂：主要抑制丝氨酸主要抑制丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶苏氨酸蛋白磷酸酶活性。活性。作用于作用于PP2BPP2B的抑制剂：的抑制剂：抑制抑制CaCa2+2+依
10、赖蛋白磷酸酶的活性依赖蛋白磷酸酶的活性二、脂基化修饰二、脂基化修饰 脂基化蛋白是一类脂基化蛋白是一类膜蛋白膜蛋白，其特定的脂肪链修饰，其特定的脂肪链修饰可帮助这类蛋白质细胞膜上定位，协助该蛋白发可帮助这类蛋白质细胞膜上定位，协助该蛋白发挥生物学作用。挥生物学作用。蛋白质脂基化：蛋白质脂基化：长链脂肪酸通过长链脂肪酸通过O O或者或者S S原子与蛋原子与蛋白质形成蛋白缀合物的过程，通常是蛋白质的半白质形成蛋白缀合物的过程，通常是蛋白质的半胱氨酸残基被棕榈酰化，或者被法呢基化修饰。胱氨酸残基被棕榈酰化，或者被法呢基化修饰。蛋白质脂基化的生物学作用蛋白质脂基化的生物学作用 脂基化蛋白相当于细胞信号转
11、导的开关，脂基化蛋白相当于细胞信号转导的开关，在信号转导方面发挥重要作用。在信号转导方面发挥重要作用。蛋白质脂基化蛋白质脂基化增强蛋白质在细胞膜上的亲增强蛋白质在细胞膜上的亲和性和性，调节蛋白质的亚细胞定位、，调节蛋白质的亚细胞定位、蛋白质蛋白质的转运、的转运、蛋白质之间的相互作用及蛋白质蛋白质之间的相互作用及蛋白质的稳定性。的稳定性。催化蛋白质脂基化的酶催化蛋白质脂基化的酶 棕榈酰基转移酶棕榈酰基转移酶 该酶抑制剂具有抗肿瘤特性该酶抑制剂具有抗肿瘤特性 法呢基转移酶法呢基转移酶 该酶抑制剂对正常细胞无毒性，对肿该酶抑制剂对正常细胞无毒性，对肿瘤细胞有抑制作用。瘤细胞有抑制作用。三、甲基化三、
12、甲基化（protein methylation)修饰修饰 概念：概念：在在甲基化转移酶甲基化转移酶催化下，甲基基团催化下，甲基基团由甲基由甲基S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸转移至相应蛋白质转移至相应蛋白质的过程。的过程。甲基代替了氨基上的甲基代替了氨基上的H H原子，减少了氢原子，减少了氢键的形成数量，甲基增加了空间阻力，影键的形成数量，甲基增加了空间阻力，影响底物与蛋白质的相互作用。响底物与蛋白质的相互作用。蛋白质甲基化修饰的生物学作用蛋白质甲基化修饰的生物学作用 影响蛋白质之间的相互作用影响蛋白质之间的相互作用 蛋白质与蛋白质与RNARNA之间的相互作用之间的相互作用 蛋白质的定位蛋白质
13、的定位 RNARNA加工加工 细胞信号转导细胞信号转导 如：组蛋白甲基化影响异染色质形成、如：组蛋白甲基化影响异染色质形成、基因印记和转录调控。基因印记和转录调控。催化蛋白质甲基化的酶催化蛋白质甲基化的酶 催化蛋白质甲基化的酶是催化蛋白质甲基化的酶是甲基转移酶甲基转移酶；蛋白质主要在蛋白质主要在赖氨酸或精氨酸赖氨酸或精氨酸侧链氨基上侧链氨基上进行甲基化。进行甲基化。也有在天冬氨酸或谷氨酸侧链羧基上进行也有在天冬氨酸或谷氨酸侧链羧基上进行甲基化。甲基化。四、乙酰化四、乙酰化(protein acetylation）修饰修饰 概念：概念：是指在是指在乙酰基转移酶乙酰基转移酶的催化下，在蛋的催化下，
14、在蛋白质特定位置上添加乙酰基的过程。白质特定位置上添加乙酰基的过程。蛋白质乙酰化的生物学作用蛋白质乙酰化的生物学作用 组蛋白乙酰化调节基因转录组蛋白乙酰化调节基因转录 可实现对自噬过程的动态调控可实现对自噬过程的动态调控 调节代谢酶的活性及代谢通路调节代谢酶的活性及代谢通路催化蛋白质乙酰化的酶催化蛋白质乙酰化的酶 催化蛋白质赖氨酸乙酰化是催化蛋白质赖氨酸乙酰化是乙酰基转移酶乙酰基转移酶。五、类泛素化修饰五、类泛素化修饰 小泛素相关修饰物小泛素相关修饰物（small ubiquitin related modifier,SUMO)是类泛素家族重要成员；是类泛素家族重要成员；SUMO分子结构与分子
15、结构与SUMO化反应途径与泛化反应途径与泛素类似，但功能不同；素类似，但功能不同；SUMO化修饰参与转录调控、核转运、维化修饰参与转录调控、核转运、维持基因组完整性及信号转导等。持基因组完整性及信号转导等。SUMOSUMO的结构的结构 与泛素相同与泛素相同：一个：一个-折叠缠绕一个折叠缠绕一个-螺螺旋球形折叠，旋球形折叠，C-C-端两个端两个GlyGly残基。残基。与泛素区别：与泛素区别：N-N-端有端有10-2510-25个氨基酸的延伸，个氨基酸的延伸，表面电荷不同。表面电荷不同。SUMOSUMO的分类的分类分布广泛，人类有四种：分布广泛，人类有四种：SUMO1 SUMO1、SUMO2SUM
16、O2 、SUMO3SUMO3、SUMO4 SUMO4 SUMO1-3SUMO1-3：在各个组织均表达：在各个组织均表达 SUMO4:SUMO4:在肾脏、淋巴结和脾脏表达在肾脏、淋巴结和脾脏表达催化蛋白质催化蛋白质SUMOSUMO化修饰的酶化修饰的酶 SUMO SUMO化修饰需要多个酶参与：化修饰需要多个酶参与：E1E1活化酶、活化酶、E2E2结合酶、结合酶、E3E3连接酶。连接酶。SUMOSUMO化修饰中，化修饰中，E1E1和和E2E2可使底物蛋白完成修饰。可使底物蛋白完成修饰。但大多数但大多数SUMOSUMO化修饰仍需要化修饰仍需要E3E3连接酶的参与。连接酶的参与。E3E3连接酶并不与连接
17、酶并不与SUMOSUMO分子形成共价结合，但可以分子形成共价结合，但可以结合结合E2E2和底物，促进和底物，促进SUMOSUMO由由E2E2向底物转移。向底物转移。SUMOSUMO化修饰的生物学意义化修饰的生物学意义 SUMOSUMO化核内底物多数是转录调节因子，进行正调化核内底物多数是转录调节因子，进行正调控或负调控；控或负调控；参与维持基因组的完整性及调节染色体凝集与分参与维持基因组的完整性及调节染色体凝集与分离；离；参与参与DNADNA修复过程；修复过程；拮抗泛素的作用，避免蛋白质降解。拮抗泛素的作用，避免蛋白质降解。调节蛋白质核质转运及信号转导。调节蛋白质核质转运及信号转导。六、巴豆酰
18、化修饰六、巴豆酰化修饰 概念概念：是指在是指在巴豆酰基转移酶催化下，在蛋白巴豆酰基转移酶催化下，在蛋白质赖氨酸添加巴豆酰基的过程。质赖氨酸添加巴豆酰基的过程。蛋白质巴豆酰化修饰的生物学意义蛋白质巴豆酰化修饰的生物学意义 组蛋白赖氨酸巴豆酰化修饰与基因活化密组蛋白赖氨酸巴豆酰化修饰与基因活化密切相关，机制目前尚不清楚。切相关，机制目前尚不清楚。七、不同翻译后修饰的相互协调与影响七、不同翻译后修饰的相互协调与影响1.1.在细胞信号转导过程中存在多种蛋白质翻在细胞信号转导过程中存在多种蛋白质翻译后修饰译后修饰 脂基化修饰是蛋白质磷酸化的开端，磷脂基化修饰是蛋白质磷酸化的开端，磷酸化修饰过程分别受到特
19、定蛋白激酶调节，酸化修饰过程分别受到特定蛋白激酶调节，是细胞信号转导过程的主体。是细胞信号转导过程的主体。2.2.一种蛋白质可以有一种以上的翻译后一种蛋白质可以有一种以上的翻译后 在在RNARNA聚合酶聚合酶控制的基因表达过程中，控制的基因表达过程中，磷酸化和糖基化对磷酸化和糖基化对RNARNA聚合酶聚合酶起到了不起到了不同的作用。同的作用。组蛋白乙酰化和甲基化共同修饰作用组蛋白乙酰化和甲基化共同修饰作用八、蛋白质修饰的研究策略八、蛋白质修饰的研究策略 尽管蛋白质翻译后修饰对其生物学功能尽管蛋白质翻译后修饰对其生物学功能有着重要的作用，目前对其规模化研究受有着重要的作用，目前对其规模化研究受到
20、分析方法的限制。主要由于到分析方法的限制。主要由于翻译后修饰翻译后修饰蛋白质的化学计量低，复杂性蛋白质的化学计量低，复杂性造成的。蛋造成的。蛋白质白质修饰类型及程度差别大修饰类型及程度差别大，有的，有的修饰转修饰转瞬即逝瞬即逝。利用电泳、免疫共沉淀、色谱、生物质利用电泳、免疫共沉淀、色谱、生物质谱、生物信息学等方法，对修饰蛋白质及谱、生物信息学等方法，对修饰蛋白质及修饰位点进行鉴定。修饰位点进行鉴定。第二节第二节 蛋蛋 白白 质质 的的 降降 解解 蛋白质的降解途径蛋白质的降解途径 泛素泛素-蛋白酶体通路：蛋白酶体通路：需能，高效、特异的需能，高效、特异的蛋白质降解过程，控制着动植物体内绝大蛋
21、白质降解过程，控制着动植物体内绝大多数蛋白质的降解。多数蛋白质的降解。自噬自噬-溶酶体：溶酶体：不需能量。主要降解细胞外不需能量。主要降解细胞外和细胞膜蛋白质和细胞膜蛋白质泛素泛素-蛋白酶体系统蛋白酶体系统 19801980年前后年前后Ciechanover ACiechanover A，Hershko AHershko A和和Rose Rose 发现了泛素发现了泛素-蛋白酶体系统蛋白酶体系统（ubiqutin-proreasomesystemubiqutin-proreasomesystem，UPSUPS）20042004年获诺贝尔化学奖年获诺贝尔化学奖 UPSUPS参与细胞内参与细胞内80
22、%80%以上蛋白质的降解以上蛋白质的降解UPSUPS组成组成 有酶促活性的蛋白酶体有酶促活性的蛋白酶体 20S 20S核心颗粒和蛋白酶体激活因子核心颗粒和蛋白酶体激活因子 选择性降解短寿命的调节蛋白和损伤蛋白。选择性降解短寿命的调节蛋白和损伤蛋白。人体有三种蛋白酶体激活因子人体有三种蛋白酶体激活因子 19S 19S（PA100PA100）、11S11S（PA28PA28或或REGREG）和）和PA200PA200。ATPATP和泛素依赖的和泛素依赖的UPSUPS组成组成 19S19S蛋白酶体激活因子结合蛋白酶体激活因子结合20S20S蛋白酶体，蛋白酶体，形成形成26S26S蛋白酶体。蛋白酶体。
23、细胞内大多数蛋白质泛素化后，都经细胞内大多数蛋白质泛素化后，都经26S26S蛋蛋 白酶体进行降解。白酶体进行降解。26S蛋白酶体的结构 不依赖不依赖ATPATP和泛素的和泛素的UPSUPS组成组成 11S11S蛋白酶体激活因子（蛋白酶体激活因子（PA28PA28或或REGREG）因不）因不含含ATPaseATPase活性，可不依赖活性，可不依赖ATPATP和泛素介导蛋和泛素介导蛋白酶体进行蛋白质降解。白酶体进行蛋白质降解。PA200PA200是分子量为是分子量为200kDa200kDa单体结构激活因子，单体结构激活因子，可激活蛋白酶体降解肽，而不能降解蛋白可激活蛋白酶体降解肽，而不能降解蛋白质
24、。质。UPSUPS的分类的分类 三种激活因子与三种激活因子与20S20S蛋白酶体至少可组成蛋白酶体至少可组成四种蛋白四种蛋白酶体复合体酶体复合体：19S-20S-19S19S-20S-19S，11S-20S-11S,11S-11S-20S-11S,11S-20S-19S20S-19S，PA200-20S-19SPA200-20S-19S 大多数蛋白质通过大多数蛋白质通过26S26S蛋白酶体以蛋白酶体以ATPATP和泛素依赖和泛素依赖方式降解；方式降解；11S-20S-11S,11S-20S-19S11S-20S-11S,11S-20S-19S，PA200-PA200-20S-19S20S-19
25、S以不依赖以不依赖ATPATP和泛素的方式降解一些调节和泛素的方式降解一些调节蛋白蛋白、氧化蛋白及衰老蛋白。氧化蛋白及衰老蛋白。泛素的结构与组成泛素的结构与组成 泛素含有泛素含有7676个氨基酸残基个氨基酸残基,广泛存在于真核生物，广泛存在于真核生物，泛素的氨基酸序列极其保泛素的氨基酸序列极其保守。守。泛素共价结合于底物蛋白泛素共价结合于底物蛋白的赖氨酸残基上，将底物蛋的赖氨酸残基上，将底物蛋白进行泛素化标记而被白进行泛素化标记而被UPSUPS特异识别并迅速降解。特异识别并迅速降解。泛素激活酶泛素激活酶E1E1：细胞只表达一种：细胞只表达一种E1E1，将泛素转，将泛素转 移到泛素结合酶移到泛素
26、结合酶E2E2上；上；泛素偶连酶泛素偶连酶E2E2：约：约5050种，种，E2E2与许多与许多E3E3作用；作用；泛素连接酶泛素连接酶E3E3：约：约10001000种，直接或间接与底物种，直接或间接与底物 蛋白结合，促进泛素从蛋白结合，促进泛素从E2E2的硫酯键转移到底物的硫酯键转移到底物 蛋白上，作为被蛋白上，作为被UPSUPS识别和降解的靶向信号。识别和降解的靶向信号。泛素化过程的关键酶泛素化过程的关键酶泛素化反应泛素化反应1.1.泛素的活化泛素的活化：以：以ATPATP为能量，将泛素为能量，将泛素C-C-端的羧基端的羧基连接到泛素活化酶连接到泛素活化酶E1E1的巯基上，形成一个泛素和的
27、巯基上，形成一个泛素和泛素活化酶泛素活化酶E1E1之间的硫酯键。之间的硫酯键。2.2.泛素活化酶泛素活化酶E1E1将活化后的泛素通过交酯化反应将活化后的泛素通过交酯化反应传传递给泛素结合酶递给泛素结合酶E2E2。3.3.泛素连接酶泛素连接酶E3E3将将E2E2上的泛素连接到靶蛋白上上的泛素连接到靶蛋白上。上述过程循环往复，靶蛋白可共价连接多个上述过程循环往复，靶蛋白可共价连接多个泛素分子，然后被泛素分子，然后被26S26S蛋白酶体降解。蛋白酶体降解。泛素化调节和去泛素化调节泛素化调节和去泛素化调节 蛋白质本身提供特定的蛋白质本身提供特定的UPSUPS识别信号。识别信号。泛素化信号通常被掩盖在正
28、常蛋白质结构泛素化信号通常被掩盖在正常蛋白质结构中，蛋白质在天然状态下不被降解。中，蛋白质在天然状态下不被降解。蛋白质正常结构出现变化或者受损，暴露蛋白质正常结构出现变化或者受损，暴露这些信号，就会被这些信号，就会被UPSUPS发现。发现。UPSUPS的生物学意义的生物学意义 通过通过降解错误的折叠降解错误的折叠、突变或者损伤的蛋、突变或者损伤的蛋 白质来维持细胞的质量。白质来维持细胞的质量。通过通过降解关键的调节蛋白降解关键的调节蛋白来控制细胞的基来控制细胞的基 本生命活动。例如生长、代谢、细胞凋亡、本生命活动。例如生长、代谢、细胞凋亡、细胞周期和转录调控。细胞周期和转录调控。泛素泛素-蛋白
29、酶体与疾病蛋白酶体与疾病 泛素体系酶突变导致功能丧失或目标底物泛素体系酶突变导致功能丧失或目标底物 蛋白识别基序改变，而导致某种蛋白的稳蛋白识别基序改变，而导致某种蛋白的稳 定变化。定变化。目标蛋白功能不正常或加速降解的结果。目标蛋白功能不正常或加速降解的结果。肿瘤发病机制中的作用肿瘤发病机制中的作用 肿瘤可以起因于癌基因蛋白生长促进因子的稳肿瘤可以起因于癌基因蛋白生长促进因子的稳 定或由于肿瘤抑癌基因的不稳定。定或由于肿瘤抑癌基因的不稳定。通过蛋白酶体降解的癌基因蛋白通过蛋白酶体降解的癌基因蛋白,如果不能及如果不能及 时地从细胞中清除时地从细胞中清除,就会诱导细胞恶变。就会诱导细胞恶变。神经
30、系统疾病发病机制中的作用神经系统疾病发病机制中的作用 Parkin Parkin是泛素和蛋白的是泛素和蛋白的E3E3连接酶，能与连接酶，能与E2E2共同共同 作用；作用；Parkin Parkin变性，影响某些蛋白降解，引起多巴胺变性，影响某些蛋白降解，引起多巴胺类神经元的毒性损伤而引起帕金森病。类神经元的毒性损伤而引起帕金森病。二二、自噬自噬-溶酶体系统溶酶体系统 细胞内蛋白质另一个主要降解途径是自噬细胞内蛋白质另一个主要降解途径是自噬(autophagy)(autophagy)。自噬是真核生物中高度保守的过程，可将自噬是真核生物中高度保守的过程，可将细胞内过多或异常的细胞器和较为稳定的细胞
31、内过多或异常的细胞器和较为稳定的蛋白运输到溶酶体中降解。又称自噬蛋白运输到溶酶体中降解。又称自噬-溶酶溶酶体系统。体系统。自噬系统和蛋白酶体系统自噬系统和蛋白酶体系统 19621962年年Ashford TPAshford TP、Porter KRPorter KR发现细胞内发现细胞内self-self-eatingeating现象，提出了自噬现象，提出了自噬(autophagy)(autophagy)。自噬自噬-溶酶体系统溶酶体系统 19801980年年Ciechanover A,Hershko ACiechanover A,Hershko A和和Rose Rose 发现发现了泛素了泛素-蛋
32、白酶体系统（蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasome ubiquitin-proteasome system,UPSsystem,UPS）。获）。获20042004年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。以色列科学家以色列科学家 阿龙阿龙切哈诺沃切哈诺沃 阿夫拉姆阿夫拉姆赫什科赫什科 美国科学家美国科学家 欧文欧文罗斯罗斯自噬的概念自噬的概念 概念：概念：是是细胞吞噬自身细胞质蛋白或细胞细胞吞噬自身细胞质蛋白或细胞器器并使其包被进入囊泡，并与溶酶体融合并使其包被进入囊泡，并与溶酶体融合形成自噬溶酶体，降解其所包裹的内容物形成自噬溶酶体，降解其所包裹的内容物的过程。的过程。实现细胞本身的代
33、谢需要和某些细胞器实现细胞本身的代谢需要和某些细胞器的更新。的更新。自噬的分类自噬的分类 巨自噬（巨自噬（macroautophagy)macroautophagy)：细胞器、蛋白质被双层膜细胞器、蛋白质被双层膜包裹形成自噬体，与溶酶体融合并降解内容物。包裹形成自噬体，与溶酶体融合并降解内容物。微自噬微自噬(microautophagymicroautophagy)：溶酶体通过膜直接吞噬细胞溶酶体通过膜直接吞噬细胞质长寿命蛋白，并在溶酶体内降解。质长寿命蛋白，并在溶酶体内降解。分子伴侣介导的自噬分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated(chaperone-mediated au
34、tophagyautophagy)：只降解特定蛋白质，不能降解细胞器。胞质内蛋白结合只降解特定蛋白质，不能降解细胞器。胞质内蛋白结合到分子伴侣后被转运到溶酶体，被溶酶体酶消化。在清到分子伴侣后被转运到溶酶体，被溶酶体酶消化。在清除蛋白质时有选择性，而前两者无明显的选择性。除蛋白质时有选择性，而前两者无明显的选择性。蛋白质经自噬降解的反应过程蛋白质经自噬降解的反应过程 自噬的诱导激活自噬的诱导激活 自噬体的成核和延伸自噬体的成核和延伸 自噬体与溶酶体融合及内容物的降自噬体与溶酶体融合及内容物的降解解自噬发生过程自噬发生过程自噬激活自噬激活成核和延伸成核和延伸自噬体自噬体溶酶体溶酶体自噬溶酶体自噬
35、溶酶体自噬的诱因自噬的诱因 细胞外细胞外（缺血、（缺血、缺氧、缺氧、营养及生长因子营养及生长因子不足等）；不足等）；细胞内细胞内（代谢压力、（代谢压力、衰老、衰老、损伤的细胞损伤的细胞器、器、蛋白质折叠错误等）蛋白质折叠错误等）自噬的生物学意义自噬的生物学意义 细胞内自噬通常维持在很低的水平，在细胞内自噬通常维持在很低的水平，在应激条件下被诱导，对细胞具有一定的保应激条件下被诱导，对细胞具有一定的保护性，细胞通过自噬维持自身的稳定。护性，细胞通过自噬维持自身的稳定。自噬体系和蛋白酶体系之间的相互联系自噬体系和蛋白酶体系之间的相互联系 不同的蛋白质降解途径相互依赖不同的蛋白质降解途径相互依赖 自
36、噬与自噬与UPSUPS之间在功能上有重叠之间在功能上有重叠 错误折叠蛋白可被巨自噬降解错误折叠蛋白可被巨自噬降解 自噬与自噬与UPSUPS可以相互影响可以相互影响蛋白质降解的研究策略蛋白质降解的研究策略1.1.UPSUPS通路研究策略通路研究策略 UPSUPS通路各因子的通路各因子的 mRNA mRNA 核蛋白水平检测核蛋白水平检测蛋白酶体功能检测蛋白酶体功能检测蛋白酶体抑制剂的应用蛋白酶体抑制剂的应用2.2.自噬的研究策略自噬的研究策略自噬形成的稳态监测：透射电镜下自噬结构自噬形成的稳态监测：透射电镜下自噬结构自噬体膜标志性蛋白的检测：自噬体膜标志性蛋白的检测：LC3-Beclin-1LC3
37、-Beclin-1TORTOR和和Atg1Atg1激酶活性检测激酶活性检测自噬的研究策略自噬的研究策略1.1.自噬形成的稳态监测自噬形成的稳态监测：透射电镜下自噬结构形态：透射电镜下自噬结构形态学检测为检测自噬体的学检测为检测自噬体的“金指标金指标”。特征为新月。特征为新月形或杯状，双层或多层膜，有包绕胞质的成分。形或杯状，双层或多层膜，有包绕胞质的成分。2.2.自噬体膜标志性蛋白的检测自噬体膜标志性蛋白的检测：LC3-Beclin-1LC3-Beclin-13.TOR3.TOR和和Atg1Atg1激酶活性检测激酶活性检测：通过检测两者的活性：通过检测两者的活性反应自噬发生情况。反应自噬发生情况。透射电镜下自噬体透射电镜下自噬体
