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泛素與蛋白質降解
先看一道試題：
研究發現，細胞中一些不需要的蛋白質是通過泛素（一種多肽）調節被降解的。對于人體一些不需要的致病蛋白質，泛素分子會主動與之“擁抱”，繼而再在這些蛋白質上留下“親吻”標記，被標記的蛋白質很快就會運送到一種稱為蛋白質酶體的復合物中被降解掉。下列分析不合理的是（ ）
A. 泛素和被標記的死亡蛋白質的合成都受DNA控制
B. 泛素分子的合成在核糖體，泛素降解在蛋白質酶體
C. 細胞質和細胞核中都存在能夠降解蛋白質的蛋白質酶體
D. 蛋白質酶體具有酶的催化活性，催化斷裂的化學鍵是肽鍵
【答案】B
【解析】根據題目信息：泛素是一種多肽，其合成受DNA控制，A合理；泛素這種多肽的合成在核糖體上進行，蛋白質酶體的降解具有專一性，只降解被泛素標分子，B不合理；不論細胞質和細胞核都存在不需要的致病蛋白質，它們都需要在標記后被蛋白質酶體降解，因此C合理；蛋白質酶體具有降解致病蛋白質的功能，降解是在酶的催化下把蛋白質分解的過程，因此，蛋白質酶體具有酶的催化功能，其催化斷裂的化學鍵是肽鍵。
這道試題以泛素與蛋白質的降解為情景考查蛋白質的結構和降解。教材中沒有介紹。
那么，什么是泛素？如何參與蛋白質降解？
泛素（ubiquitin）是一類真核細胞內廣泛存在的小分子蛋白質，大小為76個氨基酸殘基。泛素間可以通過酶促反應相互連接，進而介導靶蛋白降解。
泛素之于蛋白，如“死亡之吻”一般，它將信號傳送給蛋白酶，決定了哪些蛋白會被“消滅”，降解為小肽。2004年，美國著名的生物化學家歐文·羅斯（Irwin Allan Rose）與以色列科學家阿龍·切哈諾沃（Aaron Ciechanover）、阿夫拉姆·赫什科（Avram Hershko）因發現了泛素調節的蛋白質降解共同獲得諾貝爾化學獎。
蛋白質構成了一切有生命的事物，在過去的幾十年中，科學家們已經在闡釋細胞如何生成各種不同的蛋白質方面獲得了許多突破，但蛋白質是如何分解的問題卻沒有太多的人來關注。
生物體內存在著兩類蛋白質降解過程，一種是不需要ATP提供能量的，比如發生在消化道中的降解，這一過程只需要蛋白質降解酶參與；另一種則需要ATP提供能量，它是一種高效率、指向性很強的降解過程。這如同拆樓一樣，如果大樓自然倒塌，并不需要能量，但如果要定時、定點、定向地拆除一幢大樓，則需要炸藥進行爆破。
“蛋白質的定向拆除”
從80年代初開始，三位獲獎者就通過一系列研究，找出了蛋白質分解的秘密。細胞就像一個高效的檢查站，蛋白質在這里以驚人的速度完成合成和分解。一種由76個氨基酸構成、被稱為“泛素”的多肽就是主宰蛋白質分解的“上帝之手”。它就像是一個標簽，被貼上標簽的蛋白質如同接受了“死神之吻”，等待被送往細胞中的“垃圾站”——蛋白質降解體，在那里被切成片段，最終摧毀。最神奇的是，作為標簽的泛素僅僅充當一個押送員，一旦蛋白質到達蛋白質降解體，它就會自動分離開來，從而重新被利用。
由泛素調節的蛋白質分解過程對于生命體非常重要。細胞中合成的蛋白質并非個個都是優等品，通常而言，約有30%的新合成蛋白質會因為無法通過“質量檢查”而被銷毀。如果這個分解過程出現了問題，比如銷毀過多的新生蛋白質，或讓不良蛋白質未經檢查而過關，就會誘發疾病。
一種稱為“基因衛士”的P53蛋白質可以抑制細胞發生癌變，但如果對P53蛋白質的生產把關不嚴，就會導致人體抑制細胞癌變的能力下降，誘發癌癥。事實上，在一半以上種類的人類癌細胞中，這種蛋白質都產生了變異。泛素調節的蛋白質降解在生物體中如此重要，因而對它的開創性研究也就具有了特殊意義。
泛素介導的蛋白質降解過程
（1）E1酶負責激活泛素分子。這種反應需要ATP能量。
（2）泛素分子被激活后就被運送到E2酶上，E2酶負責把泛素分子綁在需要降解的蛋白質上。
（3）E3酶能辨認需要被銷毀的蛋白質。當E2酶攜帶著泛素分子在E3酶的指引下接近指定蛋白質時，E2酶就把泛素分子綁在指定蛋白質上。
（4）E3酶把指定蛋白質運送到細胞內的一種稱為蛋白酶體的結構中。
（5）E3酶根據綁在指定蛋白質上的泛素分子標簽決定接受并降解這種蛋白質。
（6）經過蛋白酶體的處理，蛋白質就被切成由7至9個氨基酸組成的短鏈。
蛋白酶體
較大的多亞基復合體，中央有20s亞基組成的圓柱體和19s亞基組成的圓柱體的蓋子；圓柱體和蓋子形成完整的26s蛋白酶體；蛋白酶體途徑是胞漿和細胞核以及內質網中蛋白質的普遍降解途徑。
一個人類細胞中大約含有3萬個蛋白酶體，這些蛋白酶體形成一種桶狀結構可以將蛋白質降解成7至9個氨基酸長度的小肽。

例、細胞周期受到一系列功能蛋白的調控。如p53蛋白是一種由抑癌基因控制的蛋白質，可以判斷DNA損傷的程度。若損傷小，該蛋白能促使DNA自我修復；若DNA損傷大，則誘導細胞凋亡。蛋白激酶CDK2被周期蛋白CyclinE激活后促進細胞由G1期進入S期；蛋白激酶CDK1被周期蛋白Cyclin B激活后促進細胞由G2期進入M期。下列有關敘述正確的是（ ）
A．抑制p53蛋白基因的表達，則細胞不能分裂
B．p53蛋白可使DNA受損的細胞分裂間期縮短
C．抑制Cyclin B基因的表達可使細胞周期停滯在G2/M交界處
D．Cyclin E可能與細胞內染色質螺旋化和紡錘體的形成密切相關
解析：
p53蛋白是一種由抑癌基因控制的蛋白質，抑制p53蛋白基因的表達，則細胞分裂更旺盛，A錯誤；p53蛋白可使DNA受損的細胞分裂間期延長，B錯誤；蛋白激酶CDK1被周期蛋白Cyclin B激活后促進細胞由G2期進入M期，抑制Cyclin B基因的表達可使細胞周期停滯在G2/M交界處，C正確；蛋白激酶CDK2被周期蛋白CyclinE激活后促進細胞由G1期進入S期，而細胞內染色質螺旋化和紡錘體的形成在前期，與Cyclin E無關，D錯誤。故答案為C。

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