泛素(ubiquitin)

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1、泛素(ubiquitin)存在于所有真核细胞中，是一种高度保守的76个氨基酸残基的蛋白，游离存在于细胞内或共价缀合到各种胞浆、核和整合的膜蛋白上［1］。泛素要经过一系列步骤才能缀合到底物蛋白上。首先，在一个ATP依赖性反应中，泛素通过其羧基末端甘氨酸经泛素激活酶(ubiquitin-activatingenzyme,UBA,E1)共价附着到该E1酶的巯基(thiol)位置；然后，泛素从E1酶被转移到泛素缀合酶(ubiquitin-conjugatingenzyme,UBC,E2)的巯基位置；最后，泛素缀合酶(E2)通过在泛素的C-末端甘氨酸与底物蛋白的赖氨酸ε-氨基基团之间催化

2、形成异肽键而将泛素转移到底物蛋白上。E2酶可直接识别底物蛋白，但在有些情况下则需要通过一种中间物(蛋白或蛋白复合体)的参与，这种中间物被称为泛素蛋白连接酶(ubiquitin-proteinligase,E3)。E2酶传递泛素给E3酶，E3酶选择性识别及多泛素化底物蛋白。E3酶依赖性泛素缀合使底物蛋白进入泛素依赖性蛋白水解途径［2～4］。　　一、泛素缀合的生物学意义　　细胞内大量的结构和调节性蛋白经泛素或泛素样蛋白的附着而修饰，蛋白的这种泛素化修饰起打靶信号(targetingsignals)的作用，可将修饰的底物蛋白分配到细胞的不同部位、改变其活性、改变大分子间的相互作用及蛋

3、白的半寿期。底物蛋白的多泛素化可使底物蛋白发生26S蛋白酶体介导的泛素依赖性蛋白水解，蛋白的这种及时的选择性降解在细胞的许多代谢过程中起关键作用，如参与细胞周期调控、信号传导、应急反应、受损或错误折叠蛋白的除去以及DNA修复等。泛素依赖性蛋白水解决定了细胞内一些关键蛋白如P53、细胞周期素、转录因子及细胞质多肽的半寿期，许多癌基因如c-myc、c-fos及c-jun等的产物被泛素特异性识别和介导其降解，而底物蛋白的单泛素化则往往以非水解的方式调节底物蛋白的生物学活性，如参与底物蛋白的稳定性，使底物蛋白重折叠及易位；染色质组蛋白的泛素化而发生的构型改变参与基因的修复、复制及表达的

4、调节等；再如，泛素缀合途径在细胞表面受体及STAT家族转录因子的负调节中也起重要作用［1，5，6］。酿酒酵母S.cerevisiae是研究真核细胞内蛋白选择性降解的理想模型系统，研究发现酵母S.cerevisiae内有70多个基因参与泛素/蛋白酶体系统，该系统的许多生理性底物即为参与细胞周期和转录调控的关键性调节蛋白［7］。总之，泛素缀合途径在真核细胞的许多代谢过程中起作用，包括参与核糖体生物形成、细胞周期调控、蛋白激酶活性的调节、受体胞吞的调控、DNA修复、细胞凋亡、应激反应、基因表达等［4，6，8］，最近还发现，泛素缀合途径与癌相关性脱调控有关，如参与癌性转化、肿瘤进展、免

5、疫监控逃逸及药物抗性等［9］。泛素缀合途径是可逆性的，细胞内还存在一系列的脱泛素化酶(Dubs)，如酵母S.cerevisiae中有17个基因编码Dubs，目前已知有60多种脱泛素化酶［10，11］。　　二、泛素激活酶及相关蛋白　　泛素激活酶(UBA,E1)能水解ATP，通过其活性位置的半胱氨酸残基与泛素的羧基末端形成高能硫酯键而激活泛素［3］。E1酶的序列在酵母、植物和人中高度保守，为单拷贝基因(小麦中则有3个相关的E1基因)。它存在于细胞核和质中，与细胞骨架相结合。哺乳动物细胞内E1酶可被激酶cdc2磷酸化。酵母S.cerevisiae的E1基因(Scuba1)编码分子量1

6、14kDa的1024氨基酸残基蛋白质，而人E1基因(Hsuba1)在第41密码子处有一替换起始位点，因此可产生1058氨基酸残基的核型蛋白E1a及1018氨基酸残基的细胞质型蛋白E1b，人E1a氨基末端延伸的40个残基中含有一核定位信号及磷酸化位点，用于该蛋白的核内定位［12］。　　酵母S.cerevisiae的基因组上有几个编码E1酶的同源基因(UBA基因)。UBA1是酵母生存必需的，所编码的激活酶用于泛素缀合；UBA2也为酵母生存所必需，编码一种较小的蛋白，在其类似于UBA1的活性位置半胱氨酸处也有一半胱氨酸残基。UBA2突变体编码的蛋白缺乏这一半胱氨酸时，该突变体无法存活

7、，说明这一保守的半胱氨酸残基也参与硫酯键的形成，但是，纯化的UBA2却无法与泛素形成硫酯复合体，表明它可能是通过不同的途径发挥作用的。最近发现UBA2能与另外一种蛋白AOS1一起协同激活SMT3，SMT3与泛素有17%的氨基酸序列相似性，可见，UBA2与AOS1结合形成的异源二聚体具有类似于E1酶的作用［3］。　　SMT3类似于泛素，能共价缀合到其它蛋白上，酵母smt3无效突变株不能存活，说明泛素样蛋白的缀合在细胞内也起非常重要的作用。SMT3缀合的功能现在还不清楚，但最近对哺乳动物相关蛋白