蛋白質(zhì)是否能夠發(fā)揮功能的調(diào)控環(huán)節(jié)（1）量：量：降解或清除結(jié)構(gòu)：構(gòu)象，折疊，裝配位置：去向和定位活性：剪切或有限水解修飾（磷酸化、泛素化、SUMO化、乙?；绦盘?hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)的？√蛋白質(zhì)分選核糖體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體泛素-蛋白酶體系統(tǒng)溶酶體蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)

、加工、折疊蛋白質(zhì)加工、分選蛋白質(zhì)降解蛋白質(zhì)降解細(xì)胞結(jié)構(gòu)*蛋白質(zhì)數(shù)量的控制環(huán)節(jié)之二：降解環(huán)節(jié)尤其是蛋白質(zhì)數(shù)量需要快速調(diào)節(jié)時(shí)*蛋白質(zhì)質(zhì)量的控制環(huán)節(jié)降解*蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物為短肽和氨基酸，可作為蛋白質(zhì)重新 的原料來源之一.蛋白質(zhì)降解相關(guān)細(xì)胞器蛋白質(zhì)為什么被降解清除？不需要的快速應(yīng)答應(yīng)激的錯(cuò)誤的多余的“外來的”“蛋白質(zhì)質(zhì)量和數(shù)量的控制”蛋白質(zhì)降解2條途徑

蛋白酶體途徑溶酶體途徑蛋白質(zhì)降解相關(guān)細(xì)胞器I、蛋白酶體（proteasome）一、形態(tài)：光鏡、電鏡下均看不到*蛋白質(zhì)復(fù)合體（大小：20S、26S）*

無膜核糖體：80S，15-20nm比較：核糖體（電鏡）二、結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分化學(xué)成分：蛋白質(zhì)復(fù)合體結(jié)構(gòu)：桶狀19S

調(diào)節(jié)顆粒

“帽”20S

顆粒最常見的蛋白酶體：26S蛋白酶體19S調(diào)節(jié)顆粒*ATP水解活性位點(diǎn)：水解ATP*泛素結(jié)合活性位點(diǎn)：識(shí)別“泛素連接的底物

蛋白質(zhì)”（泛素化修飾蛋白質(zhì)）泛素底物20S

顆粒頂面正面α亞基β亞基

α亞基)“錨著（docking蛋白酶活性位點(diǎn)水解蛋白質(zhì)為短肽或氨基酸三、功能：蛋白質(zhì)降解降解“不需要的、損傷的”蛋白質(zhì)To

degrade

unneeded

or

damaged

proteinsProteasomes

are

part

of

a

major

mechanism

bywhich

cells

regulate

the

concentration

of

particular

proteins

and

degrade

misfolded

proteins

byproteolysis.例1：細(xì)胞周期蛋白（cyclin）周期性降解，細(xì)胞才能進(jìn)入下一個(gè)周期G1

cyclin,S期“不需要”例2：細(xì)胞周期相關(guān)的蛋白質(zhì)降解p53-UbP53degradation例3：P53降解抑癌蛋白： 安全衛(wèi)士DNA修復(fù)、細(xì)胞周期阻滯、細(xì)胞衰老、細(xì)胞凋亡（

調(diào)控蛋白：調(diào)節(jié)下游

轉(zhuǎn)錄）組安全時(shí)，不需要p53“降解”例4：HIF1-a降解低氧誘導(dǎo)因子，常氧時(shí)不需要，降解例5.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的蛋白質(zhì)質(zhì)量控制未正確折疊和裝配的蛋白質(zhì)（錯(cuò)誤的）蛋白酶體(降解)正確折疊和裝配的蛋白質(zhì)發(fā)揮功能正確折疊蛋白質(zhì)伴侶蛋白小泡Staining

with

20S

proteasome

marker

protein（Sun

X，Yan

S

et

al.

unpublished）細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)均有定位蛋白酶體介導(dǎo)的蛋白質(zhì)降解功能特征1修高度選擇性：泛素化修飾的降解底物功能特征2.泛素（ubiquitin）:一種含76個(gè)氨基酸的多肽,作為

共價(jià)結(jié)合到要被降解的蛋白質(zhì)上，稱為“泛素化飾”（ubiquitination)。泛素的廣泛性（ubiquitous)存在于不同組織細(xì)胞，進(jìn)化保守。泛素－蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome

system,

UPS)功能特征3.泛素化修飾是一個(gè)精細(xì)的過程*多步驟反應(yīng)過程*多種不同蛋白質(zhì)參與*耗能泛素化修飾：要被降解的蛋白在三類酶（E1、E2、E3）的次第作用下，與至少4個(gè)泛素分子結(jié)合（多聚泛素化），從而被泛素分子“標(biāo)記”。功能特征4.蛋白酶水解底物為短肽或氨基酸Protease

active

sites：蛋白水解反應(yīng)底物蛋白質(zhì)泛素化修飾：被蛋白酶體識(shí)別蛋白質(zhì)去折疊（移位）泛素重利用被水解蛋白質(zhì)泛素化降解的過程123,4總結(jié)功能：識(shí)別并結(jié)合特異的底物：“泛素連接的底物蛋白質(zhì)”（泛素化修飾蛋白質(zhì)具有蛋白水解酶的活性，將底物蛋白質(zhì)降解成短肽和氨基酸。細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)均有分布。蛋白質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量控制，參與細(xì)胞功能和生命活動(dòng)例：蛋白酶體、蛋白質(zhì)快速降解蛋白質(zhì)數(shù)量控制：細(xì)胞周期相關(guān)蛋白P53(

穩(wěn)定性的“安全衛(wèi)士”）低氧誘導(dǎo)因子（HIF1a)蛋白質(zhì)質(zhì)量控制：錯(cuò)誤折疊蛋白例1：細(xì)胞周期相關(guān)的蛋白質(zhì)降解Securin:

降解，最終導(dǎo)致姐妹染色單體分離特異的E3連接酶：APC/C

CDC20底物：Securin蛋白酶體E3連接酶：APC/CCDC20例2：P53降解DNA損傷時(shí)，細(xì)胞不能進(jìn)入S期發(fā)生DNA

，或者誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，機(jī)制在于：p53快速增多。減少降解方法：增加MDM2的降解Substrate

protein：P53，MDM2E3

ligase

for

p53：MDM2例3：HIF1-a降解降解常氧低氧不降解調(diào)控蛋白，可促進(jìn)EPO轉(zhuǎn)錄，抵抗低氧。Unneeded

and

damaged短壽蛋白（

short

life

time）;應(yīng)激應(yīng)答蛋白（

p53, HIF-1)3.錯(cuò)誤折疊蛋白ttyeiannsdquanlity

control

systemQ1:哪類蛋白質(zhì)在蛋白酶體降解?tyquanlity與細(xì)胞周期,表達(dá)調(diào)控,應(yīng)激應(yīng)答活動(dòng)有關(guān)The

Nobel

Prize

in

Chemistry

2004“Thanks

to

the

work

of

the

three

Laureates

it

is

now

possible

to

understand

atmolecularlevel

how

the

cell

controls

a

number

of

central

processes

by

breaking

down

certainproteins

and

not

others.

Examples

ofprocesses erned

by

ubiquitin-mediated

proteindegradation

are

cell

division,

DNA

repair,

quality

control

of

newly-produced

proteins,

andimportant

parts

of

the

immune

defence.

When

the

degradation

does

not

work

correctly,

wefall

ill.

Cervical

cancer

and

cystic

fibrosis

are

two

examples.

Knowledge

of

ubiquitin-mediated

protein

degradation

offers

an

opportunity

to

develop

drugs

against

thesediseases

and

others.

”“for

the

discovery

of

ubiquitin-mediated

protein

degradation"蛋白酶體抑制劑：bortezomib

（硼替佐米抗癌藥物用于多發(fā)性骨髓瘤其他類型腫瘤動(dòng)物水平驗(yàn)證；早期臨床試驗(yàn)。淡藍(lán)色顯示Bortezomib，結(jié)合在蛋白酶體的β亞基總結(jié)：泛素-蛋白酶體與蛋白質(zhì)降解*快速調(diào)節(jié)數(shù)量的蛋白質(zhì)（短壽的）、應(yīng)激產(chǎn)生的、錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)的降解。*蛋白質(zhì)降解前首先加上 ：泛素化修飾*這種蛋白質(zhì)降解方式是相對(duì)保守的，在酵母、線蟲、果蠅中可看到，在古菌和部分細(xì)菌中也可看到。蛋白質(zhì)降解相關(guān)細(xì)胞器II、溶酶體（lysosome）與“蛋白質(zhì)分選”聯(lián)系，與“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體”聯(lián)系一、形態(tài)和特性*單層膜包圍的

泡*有較高電子密度*形態(tài)多型性大小不一,直徑一般0.25～0.8μm，結(jié)構(gòu)特征特別的膜：*質(zhì)子泵，腔內(nèi)酸性（pH=5)；*很多轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；*

膜蛋白：高度糖基化;特別的腔：酸性水解酶酸性水解酶蛋白酶核酸酶酯酶

糖苷酶磷脂酶等糖基二、溶酶體的形成2條路:two

ways內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體的參與，與胞吞過程的內(nèi)體相關(guān)。難點(diǎn)多泡體Multivesicularbody早期內(nèi)體晚期內(nèi)體Early

EndosomeLate

Endosome早期內(nèi)體膜內(nèi)陷形成內(nèi)部小泡，形成多泡體質(zhì)膜高爾基體分選（sorting)胞吞(endocytosis)高爾基體溶酶體溶酶體膜蛋白、膜脂、溶酶體酶

到晚期內(nèi)體內(nèi)體含內(nèi)吞的液體、顆粒內(nèi)體逐漸演化為溶酶體多泡體Multivesicularbody早期內(nèi)體晚期內(nèi)體Early

EndosomeLate

Endosome早期內(nèi)體膜內(nèi)陷形成內(nèi)部小泡，形成多泡體質(zhì)膜溶酶體細(xì)胞外液體/質(zhì)膜內(nèi)體（endosome)含內(nèi)吞的液體、顆粒內(nèi)體膜：膜蛋白早期內(nèi)體靠近細(xì)胞膜；內(nèi)吞過程開始時(shí)經(jīng)由的小的、不規(guī)則的細(xì)胞器。高爾基體

晚期內(nèi)體靠近溶酶體；內(nèi)環(huán)境開始變?yōu)樗嵝?；?nèi)吞物質(zhì)開始消化的部位。溶酶體三、溶酶體的功能—“消化”Q:哪些物質(zhì)和蛋白質(zhì)在溶酶體消化？外來胞吞物質(zhì)的消化細(xì)胞自身物質(zhì)的消化自體吞噬，

自噬物質(zhì)細(xì)胞外物質(zhì)的消化胞吞endocytosis吞噬（phagocytosis）*吞噬的大的固體顆粒物質(zhì)，專職吞噬細(xì)胞特有吞飲（pinocytosis）*隨機(jī)胞吞的水溶性大分子，所有哺乳動(dòng)物細(xì)胞共有受體介導(dǎo)的胞吞作用（receptor-mediated

endocytosi*特異胞吞水溶性大分子，如某些信號(hào)分子、膽固醇、鐵離子/載鐵蛋白等。所有哺乳動(dòng)物細(xì)胞共有功能1.胞吞物質(zhì)的消化吞噬吞飲多泡體Multivesicularbody早期內(nèi)體晚期內(nèi)體Early

EndosomeLate

Endosome早期內(nèi)體膜內(nèi)陷形成內(nèi)部小泡，形成多泡體質(zhì)膜高爾基體溶酶體內(nèi)體（endosome)含內(nèi)吞的液體、顆粒內(nèi)體膜：膜蛋白溶酶體消化：

外來蛋白、膜蛋白多泡體形成：膜蛋白內(nèi)翻細(xì)胞外液體/質(zhì)膜2.自噬物質(zhì)的消化（1）自噬（Autophagy)*細(xì)胞內(nèi)一部分細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器及其內(nèi)含物由雙

層膜

形成自噬小體。自噬小體與溶酶體融合，形成自噬溶酶體，內(nèi)容物被消化，這種現(xiàn)象為自噬。自噬的過程經(jīng)典自噬過程1.雙層膜包圍的胞質(zhì)物質(zhì)自噬小體溶酶體4.自噬溶酶體Autophogosome自噬小體Autolysosome自噬溶酶體*雙層膜，來源未知，可能為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)*雙層膜

可溶性細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)成分或細(xì)胞器（線粒體或過氧化物酶體等）.*自噬小體與溶酶體或晚期內(nèi)體融合，內(nèi)層膜開始消化，內(nèi)容物開始消化。自噬功能意義生理狀態(tài)：基礎(chǔ)水平的自噬清除衰老、損壞細(xì)胞器提供原料和能量用于細(xì)胞成分的更新病理狀態(tài)：誘導(dǎo)性自噬增多或減少Impairment

or

activation

of

autophagy

contributesto

pathogenesis

of

diverse

diseases,

from

neuro-degenerative

disease

such

as

Parkinson

disease

toinflammatory

disorderssuch

as

Crohn

disease.氧化應(yīng)激Oxidative

stressMitochondriondamaged細(xì)胞命運(yùn)Cell

fate例1:損傷線粒體的降解細(xì)胞生存細(xì)胞例2:胞質(zhì)蛋白p62的降解P62廣泛存在于細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)，其累積不能降解被發(fā)現(xiàn)在許多疾病中，包括神經(jīng)退行AlzheimerDisease,腫瘤等。細(xì)胞穩(wěn)態(tài)（homeostasis)異常營(yíng)養(yǎng)缺乏-饑餓細(xì)胞，自噬明顯增多自噬小體自噬溶酶體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)片段例3.營(yíng)養(yǎng)饑餓的小鼠胚胎成纖維細(xì)胞Yi

J,

et

al.

Functional

implication

of

autophagy

in

steroidsecreting

cells

of

the

rat.

The

Anatomical

Record,1995,242:137大鼠Leydig

細(xì)胞，制造X激素的細(xì)胞M:

MitochondrionL:

lysosomeMVB:

multivesicular

body(late

endosome)Autophagosome例4.Take-homemessages:自噬可以被誘導(dǎo)增多， 是否可以控制自噬量？How

can

we

manipulate

autophagy?Methods:

small

molecules,

genetic

methods

or

anything

else?自噬性細(xì)胞

？ Autophagic

cell

death?*細(xì)胞內(nèi)一部分細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞器及其內(nèi)含物由雙層

膜

形成自噬小體。自噬小體與溶酶體融合，形成自噬溶酶體，內(nèi)容物被消化。生理和病理狀態(tài)下均可出現(xiàn)。自噬的意義:清除細(xì)胞內(nèi)某些細(xì)胞器及蛋白質(zhì);消化產(chǎn)物及節(jié)約的能量被重新利用.細(xì)胞更新(renovation)和細(xì)胞穩(wěn)態(tài)(homeostasis)Physiological

and

pathological

of

Autophagy自噬物質(zhì)的消化(2)

自噬內(nèi)

細(xì)胞，可以 激素并以

顆粒的形式保存在細(xì)胞質(zhì)，接受外界信號(hào)時(shí)才

，多余的即形成 自噬泡。與溶酶體融合后，該激素被降解，氨基酸重新利用。胰島素 細(xì)胞自噬泡顆粒溶酶體的種類內(nèi)體2.吞飲1.吞噬3.自噬溶酶體4.

顆粒顆粒與溶酶體或晚期內(nèi)體融合自噬泡:殘余體常見溶酶體的類型（根據(jù)底物來源和消化程度）異噬溶酶體:吞噬小體與溶酶體或晚期內(nèi)體融合異體吞噬泡（heterophagic

vacuole）自噬溶酶體:自噬小體與溶酶體或晚期內(nèi)體融合自體吞噬泡（autophagic

vacuole）3.細(xì)胞外物質(zhì)的消化在破骨細(xì)胞溶酶體酶 ，消化有機(jī)骨質(zhì)；在

細(xì)胞溶酶體酶 ，消化卵外膜濾泡細(xì)胞；溶酶體對(duì)細(xì)胞功能和活動(dòng)的貢獻(xiàn)Not

just

“Cellular

Garbage

Can”消除異物（吞噬細(xì)胞，吞噬物的降解）提供營(yíng)養(yǎng)（吞飲的大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的降解）更新細(xì)胞成分（細(xì)胞器和蛋白質(zhì)的自噬）調(diào)節(jié)激素

（多余激素降解，

自噬）四.溶酶體與疾病硅肺、石棉肺、類風(fēng)濕等儲(chǔ)積病(lysosome

storage

disease,LSD)I-細(xì)胞病(Inclusion

cell

disease)1.溶酶體、吞噬與塵肺、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等硅粉末、石棉、自身免疫病巨噬細(xì)胞吞噬溶酶體酶溶酶體膜破裂周圍細(xì)胞壞死成纖維細(xì)胞增生2.溶酶體儲(chǔ)積病缺乏某種溶酶體酶，導(dǎo)致底物大分子堆積。*遺傳??；*60多種；*致死性；*主要累積腦、內(nèi)臟、骨、軟骨http://w/healthcare.aspx肝脾腫大的Gaucher

disease兒童溶酶體儲(chǔ)積病與自噬、蛋白質(zhì)降解有關(guān)毒性、多余蛋白質(zhì)累積異常線粒體累積細(xì)胞Autophagy,2012,8:719病因LSD自噬異常M-6-P形成缺陷溶酶體酶分選3.溶酶體與I-細(xì)胞病

(Inclusion

cell

disease)N-乙酰氨基葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)移酶缺乏溶酶體酶出現(xiàn)在血液，類似 性蛋白質(zhì)溶酶體中無酶底物堆積Q1:why？外來的、多余的、錯(cuò)誤的、不需要的短壽的、錯(cuò)誤折疊的、

應(yīng)激產(chǎn)生的“外來的”、長(zhǎng)壽的、多余的Q2:where,how？蛋白酶體溶酶體Two