备课素材知识点：泛素与蛋白质降解 高中生物人教版必修1

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研究发现，细胞中一些不需要的蛋白质是通过泛素（一种多肽）调节被降解的。对于人体一些不需要的致病蛋白质，泛素分子会主动与之“拥抱”，继而再在这些蛋白质上留下“亲吻”标记，被标记的蛋白质很快就会运送到一种称为蛋白质酶体的复合物中被降解掉。下列分析不合理的是（ ）
A. 泛素和被标记的死亡蛋白质的合成都受DNA控制
B. 泛素分子的合成在核糖体，泛素降解在蛋白质酶体
C. 细胞质和细胞核中都存在能够降解蛋白质的蛋白质酶体
D. 蛋白质酶体具有酶的催化活性，催化断裂的化学键是肽键
【答案】B
【解析】根据题目信息：泛素是一种多肽，其合成受DNA控制，A合理；泛素这种多肽的合成在核糖体上进行，蛋白质酶体的降解具有专一性，只降解被泛素标分子，B不合理；不论细胞质和细胞核都存在不需要的致病蛋白质，它们都需要在标记后被蛋白质酶体降解，因此C合理；蛋白质酶体具有降解致病蛋白质的功能，降解是在酶的催化下把蛋白质分解的过程，因此，蛋白质酶体具有酶的催化功能，其催化断裂的化学键是肽键。
这道试题以泛素与蛋白质的降解为情景考查蛋白质的结构和降解。教材中没有介绍。
那么，什么是泛素？如何参与蛋白质降解？
泛素（ubiquitin）是一类真核细胞内广泛存在的小分子蛋白质，大小为76个氨基酸残基。泛素间可以通过酶促反应相互连接，进而介导靶蛋白降解。
泛素之于蛋白，如“死亡之吻”一般，它将信号传送给蛋白酶，决定了哪些蛋白会被“消灭”，降解为小肽。2004年，美国著名的生物化学家欧文·罗斯（Irwin Allan Rse）与以色列科学家阿龙·切哈诺沃（Aarn Ciechanver）、阿夫拉姆·赫什科（Avram Hershk）因发现了泛素调节的蛋白质降解共同获得诺贝尔化学奖。
蛋白质构成了一切有生命的事物，在过去的几十年中，科学家们已经在阐释细胞如何生成各种不同的蛋白质方面获得了许多突破，但蛋白质是如何分解的问题却没有太多的人来关注。
生物体内存在着两类蛋白质降解过程，一种是不需要ATP提供能量的，比如发生在消化道中的降解，这一过程只需要蛋白质降解酶参与；另一种则需要ATP提供能量，它是一种高效率、指向性很强的降解过程。这如同拆楼一样，如果大楼自然倒塌，并不需要能量，但如果要定时、定点、定向地拆除一幢大楼，则需要炸药进行爆破。
“蛋白质的定向拆除”
从80年代初开始，三位获奖者就通过一系列研究，找出了蛋白质分解的秘密。细胞就像一个高效的检查站，蛋白质在这里以惊人的速度完成合成和分解。一种由76个氨基酸构成、被称为“泛素”的多肽就是主宰蛋白质分解的“上帝之手”。它就像是一个标签，被贴上标签的蛋白质如同接受了“死神之吻”，等待被送往细胞中的“垃圾站”——蛋白质降解体，在那里被切成片段，最终摧毁。最神奇的是，作为标签的泛素仅仅充当一个押送员，一旦蛋白质到达蛋白质降解体，它就会自动分离开来，从而重新被利用。
由泛素调节的蛋白质分解过程对于生命体非常重要。细胞中合成的蛋白质并非个个都是优等品，通常而言，约有30%的新合成蛋白质会因为无法通过“质量检查”而被销毁。如果这个分解过程出现了问题，比如销毁过多的新生蛋白质，或让不良蛋白质未经检查而过关，就会诱发疾病。
一种称为“基因卫士”的P53蛋白质可以抑制细胞发生癌变，但如果对P53蛋白质的生产把关不严，就会导致人体抑制细胞癌变的能力下降，诱发癌症。事实上，在一半以上种类的人类癌细胞中，这种蛋白质都产生了变异。泛素调节的蛋白质降解在生物体中如此重要，因而对它的开创性研究也就具有了特殊意义。
泛素介导的蛋白质降解过程
（1）E1酶负责激活泛素分子。这种反应需要ATP能量。
（2）泛素分子被激活后就被运送到E2酶上，E2酶负责把泛素分子绑在需要降解的蛋白质上。
（3）E3酶能辨认需要被销毁的蛋白质。当E2酶携带着泛素分子在E3酶的指引下接近指定蛋白质时，E2酶就把泛素分子绑在指定蛋白质上。
（4）E3酶把指定蛋白质运送到细胞内的一种称为蛋白酶体的结构中。
（5）E3酶根据绑在指定蛋白质上的泛素分子标签决定接受并降解这种蛋白质。
（6）经过蛋白酶体的处理，蛋白质就被切成由7至9个氨基酸组成的短链。
蛋白酶体
较大的多亚基复合体，中央有20s亚基组成的圆柱体和19s亚基组成的圆柱体的盖子；圆柱体和盖子形成完整的26s蛋白酶体；蛋白酶体途径是胞浆和细胞核以及内质网中蛋白质的普遍降解途径。
一个人类细胞中大约含有3万个蛋白酶体，这些蛋白酶体形成一种桶状结构可以将蛋白质降解成7至9个氨基酸长度的小肽。

例、细胞周期受到一系列功能蛋白的调控。如p53蛋白是一种由抑癌基因控制的蛋白质，可以判断DNA损伤的程度。若损伤小，该蛋白能促使DNA自我修复；若DNA损伤大，则诱导细胞凋亡。蛋白激酶CDK2被周期蛋白CyclinE激活后促进细胞由G1期进入S期；蛋白激酶CDK1被周期蛋白Cyclin B激活后促进细胞由G2期进入M期。下列有关叙述正确的是（ ）
A．抑制p53蛋白基因的表达，则细胞不能分裂
B．p53蛋白可使DNA受损的细胞分裂间期缩短
C．抑制Cyclin B基因的表达可使细胞周期停滞在G2/M交界处
D．Cyclin E可能与细胞内染色质螺旋化和纺锤体的形成密切相关
解析：
p53蛋白是一种由抑癌基因控制的蛋白质，抑制p53蛋白基因的表达，则细胞分裂更旺盛，A错误；p53蛋白可使DNA受损的细胞分裂间期延长，B错误；蛋白激酶CDK1被周期蛋白Cyclin B激活后促进细胞由G2期进入M期，抑制Cyclin B基因的表达可使细胞周期停滞在G2/M交界处，C正确；蛋白激酶CDK2被周期蛋白CyclinE激活后促进细胞由G1期进入S期，而细胞内染色质螺旋化和纺锤体的形成在前期，与Cyclin E无关，D错误。故答案为C。