泛素

泛素模型

Molecular surface of ubiquitin.

泛素（英語：ubiquitin）是一種存在於大多數真核細胞中的小蛋白。它的主要功能是標記需要分解掉的蛋白質，使其水解。當附有泛素的蛋白質移動到桶狀的蛋白酶的時候，蛋白酶就會將該蛋白質水解。泛素也可以標記跨膜蛋白，如受體，將其從細胞膜上除去。

1974年，G.格魯斯坦第一次從小牛胸腺中提取8.5kd的多肽（胸腺生成素），後來在哺乳類的組織、魚類、昆蟲等均有發現。

泛素由76個氨基酸組成，分子量大約8500道爾頓。它在真核生物中具有高度保守性，人類和酵母的泛素有96%的相似性。

人類基因組約有1萬9千個編碼基因，蛋白轉譯後經剪接、修飾，可達幾十萬種，包括細胞的結構蛋白、激素、酶、轉錄因子等，有序的調節生命活動。蛋白酶降解，如胰蛋白酶將小腸內的食物蛋白消化成小肽、氨基酸，被小腸吸收；細胞內吞作用將外來蛋白吞入細胞，在食物泡內被溶酶體的消化酶吸收，不耗能量。

泛素化

泛素化系統

泛素化是一種酶促的、蛋白質翻譯後修飾（PTM）過程，其中來自被激活泛素的二甘氨酸模體中末端甘氨酸的羧基與被修飾蛋白中賴氨酸ε氨基相連形成一酰胺鍵。

將蛋白標記上泛素的過程（泛素化）包括了以下一系列步驟：

1. 活化：泛素通過泛素活化酶 E1 參與的一個兩步反應而被激活，並且需要 ATP 提供能量。 第一步是泛素與ATP反應，形成泛素-腺苷酸複合物； 第二步是泛素的轉移，即泛素與 AMP 分離並轉移到 E1 的半胱氨酸殘基上，泛素的羧基端與 E1 酶中半胱氨酸的巰基通過硫酯鍵相連。
2. 結合：E1將活化後的泛素通過轉硫酯化反應轉移到泛素結合酶E2。
3. 連接：泛素連接酶 E3 催化泛素級聯反應的最後一步，將結合到 E2 的泛素轉移到目標蛋白上，使目標蛋白的一個賴氨酸與泛素的羧基端的一個甘氨酸通過異構肽鍵連接，通常這個步驟需要100多個E3連接酶的催化， E3 連接酶具有底物識別作用，並且能夠與 E2 和底物相作用，有些 E3 也可以激活 E2 的活性。

在泛素化級聯反應中各個步驟分為不同的層次的, E1 能夠結合多個 E2, E2 能夠結合多個E3，這種嚴密的分層現象能夠使細胞對泛素化進行更為精緻的調節。

泛素樣蛋白ubiquitin-like proteins (ULPs)也通過 E1–E2–E3 級聯繫統對蛋白質進行修飾，不過與泛素蛋白的修飾級聯繫統也存在一些差異。

E4 泛素鏈延長酶, 能夠在 E3 泛素連接酶產生的單泛素化蛋白上延長泛素。

E3

E3泛素連接酶具有兩個結構域中的一個:

• HECT (Homologous to the E6-AP Carboxyl Terminus) 結構域
• RING (Really Interesting New Gene) 結構域 (or the closely related U-box domain)

泛素最終通過兩種方式轉移至蛋白質底物:

• 直接從E2結合酶轉移至蛋白質底物（由E3酶的 RING 結構域催化）
• 通過E3連接酶再轉移至蛋白質底物（由E3酶的 HECT 結構域催化），在轉移至蛋白質底物之前，泛素與E3酶 HECT 結構域中保守的半胱氨酸殘基通過硫酯鍵而形成E3-泛素複合物。

2004年，阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科、歐文·羅斯因發現了泛素調節的蛋白質降解過程而獲得了諾貝爾化學獎。

去泛素化

蛋白質的泛素化是一個可逆的過程，這一過程叫做去泛素化（Deubiquitination），由一類蛋白水解酶——去泛素化酶(Deubiquitination enzymes，DUBs)介導。