细胞如何控制蛋白质的降解
1，待降解蛋白质的标记 真核细胞中含有 6000 至30000 个蛋白质合成基因,编码至少同等数量的蛋白质。在对蛋白质的研究中很多工作都致力于阐述细胞怎样控制特定蛋白质的合成，而对其相反过程即蛋白质的降解，研究得相对较少。 大多数负责蛋白质降解的酶作用时都不消耗能量。在已知的许多蛋白质降解酶中，一个典型的例子是胰岛素，其作用是将小肠中的食物蛋白质转化为氨基酸。另一个典型的例子是细胞中的溶酶体，其作用是降解从细胞外吸收进来的蛋白质。 它们在作用的过程中均不消耗能量。 然而，早在 20 世纪50 年代就有实验显示，细胞内蛋白质的降解需要能量。这一现象一直困惑着研究者,为何细胞内的蛋白质降解...全部
1，待降解蛋白质的标记 真核细胞中含有 6000 至30000 个蛋白质合成基因,编码至少同等数量的蛋白质。在对蛋白质的研究中很多工作都致力于阐述细胞怎样控制特定蛋白质的合成，而对其相反过程即蛋白质的降解，研究得相对较少。
大多数负责蛋白质降解的酶作用时都不消耗能量。在已知的许多蛋白质降解酶中，一个典型的例子是胰岛素，其作用是将小肠中的食物蛋白质转化为氨基酸。另一个典型的例子是细胞中的溶酶体，其作用是降解从细胞外吸收进来的蛋白质。
它们在作用的过程中均不消耗能量。 然而，早在 20 世纪50 年代就有实验显示，细胞内蛋白质的降解需要能量。这一现象一直困惑着研究者,为何细胞内的蛋白质降解需要能量，而细胞外蛋白质的降解却不需要能量?1977 年，Goldberg 及其同事在这个领域迈出了第一步。
他们从不成熟的红血球及网状细胞中获得了一种提取液，这种提取液在催化异常细胞降解时需要ATP 的参与。应用这种提取物，Aaron Ciechanover,Avram Hershko,Irwin Rose 在70 年代晚期和80 年代早期进行了一系列具有划时代意义的研究。
成功地揭示了细胞内蛋白质的降解是一个多步骤反应的过程,蛋白质先 被泛素(一种多肽)标记， 然后被分解。通过这个需要消耗能量的过程， 细胞以高度特异性的方式对不需要的蛋白质进行降解。这种通过泛素化进行的调节与一些可逆的蛋白质修饰(如磷酸化，1992 年诺贝尔医学奖)不同，它通常是一个不可逆的过程，因为最终的靶蛋白是被降解而不是被修饰的。
2，标记工具--泛素泛素是一种多肽,由76 个氨基酸构成,分子质量为8。 45ku ,1975 年从小牛的胰脏中分离出来,其空间结构如右图。随后在除了细菌以外的许多不同组织和有机体中被发现,因而被冠以"泛"字(来源于拉丁文ubique ,英文意思为everywhere)。
它能与蛋白质形成牢固的共价键,蛋白质一旦被它标记上就会被送到细胞内的"垃圾处理厂"进行降解。 3，与泛素有关的3 种重要的酶 在细胞内存在 3 种重要的酶,即泛素活化酶(ubiquitin - activating enzyme ,简称E1) 、泛素结合酶(ubiquitin - conjugating enzyme ,简称E2) 、泛素蛋白连接酶( ubiquitin - proteinligating enzyme , 简称E3) 。
3 种酶在蛋白质降解过程中分工不同。E1 负责激活泛素分子,泛素分子被激活后被送到E2 上。E2 负责把泛素分子绑在被降解的蛋白质上。但E2 并不认识被降解的蛋白质,这就需要E3 帮助。而E3 具有辨认被降解蛋白质的功能。
当E2 携带泛素分子在E3 的指引下接近被降解的蛋白质时, E2 就将泛素分子绑在被降解的蛋白质上。如此循环往复,被降解蛋白质上被绑了一批泛素分子。当泛素分子达到一定数量后(一般认为至少5个),被降解蛋白质就被运送到细胞内的一种被称为蛋白酶体的结构中进行降解。
4，蛋白酶体--细胞的废物处理机器右图为蛋白酶体结构示意图(左为剖面图,内黑点为活性部位)蛋白酶体被称为"垃圾处理厂",通常一个人体细胞内大约含有30000 个蛋白酶体, 1979年由Goldberg 等人首先分离出来。
蛋白酶体包括两种形式:20S复合物和26S 复合物,而26S复合物又由20S 复合物和19S 复合物组成,主要负责依赖泛素的蛋白质降解途径。26S 复合物是一种筒状结构 ,活性部位(20S 复合物) 在筒内,能将所有蛋白质降解成含7 个~9 个氨基酸的多肽。
蛋白质要到达活性部位,一定要经过一种被称为"锁"(lock) 的帽状结构(19S 复合物) ,而这个帽状结构能识别被泛素标记的蛋白质。被降解蛋白质到达活性部位后,泛素分子在去泛素酶的作用下离去,能量(ATP) 被释放出来用于蛋白质的降解。
降解后的多肽从蛋白酶体筒状结构另一端被释放出来。其实,蛋白酶体本身不具备选择蛋白质的能力,只有被泛素分子标记而且被E3 识别的蛋白质才能在蛋白酶体中进行降解。 5，泛素介导的蛋白质降解过程蛋白质在细胞内完整的降解过程可用右图来说明: (1) 酶E1 激活泛素分子,此过程需要ATP能量。
(2) 泛素分子被激活后被运送到E2 上,E2 负责将泛素绑在被降解的蛋白质上。 (3) E3 能识别被降解的蛋白质。当E2 携带泛素分子在E3 的指引下接近被降解蛋白质时, E2 就把泛素分子绑在被降解蛋白质上(标记) 。
(4) 酶E3 释放出被泛素标记的蛋白质。 (5) 不断重复上述过程,直到蛋白质上绑有一定数量的泛素分子后被送到蛋白酶体。 (6)蛋白酶体接收被泛素分子标记的蛋白质并将其切成由7 个~9 个氨基酸组成的短链。
从而完成了蛋白质的降解过程。 望采纳。收起
