简介：

结构和分布

功能位点

简介：

蛋白质的选择性降解能有效地调节功能蛋白的周转，是生命过程进行精确时空调控的重要环节之一。泛肽依赖性蛋白降解途径(Ubiquitin-dependentproteolyticpathway)是目前已知的最重要的，有高度选择性的蛋白质降解途径。它通过调节功能蛋白质的周转(turnover)或降解不正常蛋白，实现对多种代谢过程的调节。在酵母和哺育动物细胞中，泛肽途径(简称Ub途径)介导多种细胞功能，如不正常蛋白的清除、DNA修复、细胞周期调控、信号转导、基因转录、孢子形成、胁迫响应等。在植物中，Ub途径功能的研究也取得了一定进展，如它参与光敏素A周转，细胞程序性死亡，异常蛋白的清除等过程的调节。

Ub系统组成复杂，据估计，拟南芥中Ub系统涉及到100种以上的基因(占基因组编码区的0.5%)。目前已鉴定了其中的45种(Vierstra,1996)。该系统由3部分组成：标记(tagged)分子Ub，蛋白泛肽化(Ubiquitination)标记酶系(Els,E2s,E3s)和Ub循环酶系(Ub-C末端水解酶)，及泛肽化蛋白降解酶系(26S蛋白酶复合体)。基本过程是：Ub通过泛肽化酶系(Els,E2s,E3s)被活化，传递并共价连接到靶蛋白分子上，形成Ub-靶蛋白复合物，该复合物被26S蛋白酶体所识别并被完全(或部分)降解成小片段肽或氨基酸同时释放Ub供循环利用(图1)。当然，Ub途径也可能存在非泛肽标记系统。某些非泛肽标记蛋白也能被26S蛋白酶体识别和降解，如动物中的鸟氨酸脱羧酶(ODC)是被抗体酶(antizyme)标记的，但被26S蛋白酶体识别和降解(Murakami等，1992)。靶蛋白的泛肽化修饰，除了提供降解信号外，可能还有其它功能，如泛肽化组蛋白H2A和H2B是稳定的，并不立即被降解(Brett等，1993)。

近些年来，通过各种生化手段(如亲和纯化)、电镜技术、分子遗传学方法(如突变体筛选、基因缺失、定点突变)、基因工程(如蛋白质融合技术、转基因)等，分离、纯化、鉴定了多种Ub酶系，并描述了它们的有关特征，筛选和鉴定了许多Ub途径相关基因，利用蛋白质融合技术探讨底物识别机制，培育了一批干扰体内Ub系统的转基因材料，建立体外反应体系等，为研究Ub系统的组成、生理功能及蛋白降解机制积累丰富的资料，同时为在生物技术上应用Ub途径开拓了新领域，提供了许多新思路。

结构和分布

泛肽(Ubiquitin,简称Ub或Ubq)最初由Goldstein等(1975)分离到，当时是作为一种能诱导β-淋巴细胞分化的蛋白，并发现它的抗体能广泛地和哺乳动物，酵母、芹菜等组织中的类似蛋白发生免疫反应。同年Schlesinger等(1975)发表了它的全序列(74个残基，C-末端是74Arg)，后来的测定结果与此有所出入(76个残基，C-端是74Arg-75Gly-76Gly)，这主要是由于纯化Ub的过程中，Ub的C-末端的两个Gly很容易被内源蛋白酶降解(Rechsteiner,1987)。　Ub广泛地存在于真核生物中。在一种古细菌(Thermoplasmaacidophilum)(Wolf等，1993)和一种真菌(Anabaenavariabilis)(Durner等，1995)中也发现Ub同源物。Ub是一个非常保守的由76个残基组成的小蛋白(MW8.6kD,pI6.7)(Vierstra等，1985)。迄今，被分析过的各种高等植物中的Ub氨基酸顺序完全一致。高等植物和一种藻类及酵母与动物中的Ub相比，分别只有1个、2个、3个残基之差别(Callis等，1989)。

通过X-射线结晶分析(Ciechanover等，1994)及核磁共振技术(NMR)(Weber等，1987)确定了Ub的三维结构。整个分子呈紧凑的球形，从中伸出柔性的C末端短链(74Arg-75Gly-76Gly),形似“蝌蚪”，大约87%的肽链通过氢键形成二级结构，二级结构包括5个β-折叠(β-sheet)，3个α-螺旋，7个转角(β-turn)结构。C-末端4个残基从球形结构中伸出供Ub与靶蛋白形成Ub-蛋白复合物，各种来源Ub的三维结构基本一致(Vijay等，1987)。由于这个结构包含一个显著的疏水核，并富含大量氢键，因而Ub特别稳定，对酸、碱、热富于抵抗力，一旦解折叠，能快速恢复成天然状态。NMR研究表明，Ub在pH(1～13)和温度低于80℃的条件下，仍保持折叠态(Weber等，1987)。

功能位点

Ub有两个功能位点，一个是C末端的76Gly，其羧基能分别与Ub活化酶(E1)和结合酶(E2)中的活性位点Cys的SH基以及靶蛋白中Lys的ε-氨基共价连接。第二个是48Lys，其ε-氨基是下一个Ub的76Gly的连接位点，即Ub148Lys-Ub276Gly，依次连接，形成多聚化Ub链(Daniel等，1991)。在提取和纯化过程中，Ub-C末端的两个Gly(75Gly和76Gly)对蛋白酶特别敏感，很易失去，一旦它们被移去或取代，Ub分子将完全失活(Vierstra等，1985)。