蛋白酶体的三维结构图(包括飘带图和半透明的表面图)。蛋白酶体两端的“帽子”(即11S调节颗粒)用红色显示,中间的“圆桶”(即核心颗粒)用蓝色显示。其降解蛋白质分子的活性位点位于核心颗粒的圆桶内。
蛋白酶体的结构图(从上往下看)。
蛋白酶体 (Proteasomes )是一种巨型筒状蛋白质复合体 ,主要作用是通过打断肽键 来实现降解细胞 不需要的或受到损伤的蛋白质 。能够发挥这一作用的酶 被称为蛋白酶 。
蛋白酶体是细胞用来调控特定蛋白质的浓度和除去错误折叠 蛋白质的主要机制。需要被降解的蛋白质会先被一个称为泛素 的小型蛋白质所标记(即连接上)。这一标记反应是被泛素连接酶 所催化。一旦一个蛋白质被标记上一个泛素分子,就会引发其它连接酶加上更多的泛素分子;这就形成了可以与蛋白酶体结合的“多泛素链”,从而将蛋白酶体带到这一标记的蛋白质上,开始其降解过程。经过蛋白酶体的降解,蛋白质被切割为约7-8个氨基酸 长的肽 段;这些肽段可以被进一步降解为单个氨基酸 分子,然后被用于合成 新的蛋白质[1] 。
目前所有已知的真核生物 和古菌 皆有蛋白酶體,在一些原核生物 中也存在。在真核生物中,它位于细胞核 和细胞质 中[2] 。
从蛋白质结构 看,蛋白酶体是一桶状复合体[3] ,包括一个由四个堆积在一起的环所组成的“核心”(右图中蓝色部分),核心中空,形成一个空腔。其中,每一个环由七个蛋白质分子组成。中间的两个环各由七个β亚基组成,并含有六个蛋白酶 的活性位点 。这些位点位于环的内表面,所以蛋白质必须进入到蛋白酶体的“空腔”中才能够被降解。外部的两个环各含有七个α亚基,可以发挥“门”的作用,是蛋白质进入“空腔”中的必經之路。这些α亚基,或者说“门”,是由结合在它们上的“帽”状结构(即调节颗粒,右图中红色部分)进行控制;调节颗粒可以识别连接在蛋白质上的多泛素链标签,并启动降解过程。包括泛素化和蛋白酶体降解的整个系统被称为“泛素-蛋白酶体系统 ”。
蛋白酶体降解途径对于许多细胞过程是必不可少的,包括细胞周期 ,基因表現 的调节,与氧化应激 反应等。细胞内的蛋白酶体降解和泛素蛋白水解途径的作用的重要性在2004年的诺贝尔化学奖 得到承认,阿龙·切哈诺沃 、阿夫拉姆·赫什科 和欧文·罗斯 三人分享该奖[4] 。
^ (英文) Lodish, H, Berk A, Matsudaira P, Kaiser CA, Krieger M, Scott MP, Zipursky SL, Darnell J. (2004). Molecular Cell Biology , 5th ed., ch.3, pp 66–72. New York: WH Freeman. ISBN 0-7167-4366-3
^ (英文) Peters JM, Franke WW, Kleinschmidt JA. Distinct 19 S and 20 S subcomplexes of the 26 S proteasome and their distribution in the nucleus and the cytoplasm . The Journal of Biological Chemistry. Mar 1994, 269 (10): 7709–18 [2016-11-18 ] . PMID 8125997 . (原始内容 存档于2020-02-24).
^ (英文) Whitby FG, Masters EI, Kramer L, Knowlton JR, Yao Y, Wang CC, Hill CP. Structural basis for the activation of 20S proteasomes by 11S regulators. Nature. 2000, 408 (6808): 115–120. PMID 11081519 .
^ (英文) Nobel Prize Committee. Nobel Prize Awardees in Chemistry, 2004 . 2004 [2006-12-11 ] . (原始内容存档 于2006-07-09).