結構生物化學/泛素
泛素是一種高度保守的、熱穩定的蛋白質，僅存在於真核細胞中。它由 76 個氨基酸組成，參與許多細胞過程。它在調節細胞週期中起著重要作用，包括 DNA 修復、胚胎發生、轉錄調控和細胞凋亡。Ub 基因存在於兩種狀態
- 泛素和核糖體蛋白基因融合在一起，形成稱為 Ub-核糖體融合蛋白的翻譯產物。
- 多泛素分子：Ub 分子可以融合在一起，形成重複 Ub 分子的線性鏈。
這些融合蛋白可以被蛋白質 Ub-C 末端水解酶切割，該酶可以分離單個 UB 和核糖體蛋白（切割 Ub-核糖體融合蛋白）或一組 Ub 單體（切割多泛素分子）。
泛素的蛋白質結構是一種緊湊的 β-抓握摺疊，具有六個殘基的柔性 C 末端尾部，以及一個具有剛性殘基的核心，如 圖 2a 所示。儘管這些核心殘基是剛性的，但包含 Leu8 的柔性 β1/β2 環（如 圖 2b 所示）在允許泛素與泛素結合蛋白識別方面起著至關重要的作用。從酵母到人類僅觀察到三個保守變化的事實表明，保守泛素結構的重要性，這種結構透過進化壓力來維持，以抵抗變化。這對於促進泛素結合域（也稱為 UBD）識別泛素的一致性非常重要。
一個由 Ile44、Leu8、Val70 和 His68 殘基組成的疏水錶面（如 圖 2a-c 所示）有助於泛素被其他蛋白質識別。泛素結構中構建的不同殘基獨特地促進了泛素與其他蛋白質的相互作用以及泛素的許多不同功能。一個例子是 Ile44，它在細胞分裂中起著重要作用，因為它與蛋白酶體和大多數泛素結合域結合。另一個例子是 Ile36，它充當泛素分子以鍊形式構象之間相互作用的介質。這種殘基被泛素結合域（UBD）、去泛素化酶（DUB）和 HECT（同源於 E6AP C 末端）E3（一種泛素連線酶）識別並與其特異性相互作用。殘基還可以協同工作以執行泛素的特定功能。例如，Gln2、Phe4 和 Thr12 協同工作以促進酵母中的細胞分裂（如 圖 2c 所示）。此外，高等真核生物中的泛素 TEK 盒，其特點是 Thr12、Thr14、Glu34、Lys6 和 Lys11，在有絲分裂降解中起著重要作用（如 圖 2c 所示）。這些只是泛素的許多結構特徵及其在泛素的許多不同功能中的作用中的一部分。
泛素結構最基本的部分可以在 N 末端找到，其具有七個賴氨酸殘基。這些殘基在泛素化過程中充當鏈組裝連線位點，泛素化是細胞的調節機制，其中泛素的多聚鏈被用來修飾蛋白質，並最終決定它們在細胞中的命運。如圖 2d 所示，這些賴氨酸殘基在三維結構中的排列方式使得它們朝向不同的方向，並覆蓋泛素的所有表面。泛素結構中最活躍的區域包含兩個特定的賴氨酸殘基：Lys6 和 Lys11。這些區域在泛素與 UBD 結合時或泛素處於鏈構象時會發生構象變化。
Ub 主要存在於調節蛋白質週轉中，透過調節特定蛋白質的降解。這是細胞中一個非常重要的過程。透過快速消除特定的調節蛋白，可以防止基因表達的開啟。要降解的蛋白質被 Ub 標記，然後被另一種稱為 26S 蛋白酶體的蛋白質識別，以便降解。Ub 依賴於 ATP 來標記特定蛋白質以進行降解。Ub 本身不會降解蛋白質，但會減緩蛋白酶體與底物蛋白之間解離的速率。
該過程中參與了三種酶：E1- Ub 活化酶（將 Ub 轉化為反應狀態）、E2- Ub 結合酶（幫助 Ub 與底物蛋白之間的連線過程）、E3- Ub 連線酶（與 E2 協同工作，主要作用是識別底物蛋白）。一般的反應途徑從 Ub 在 ATP 的存在下被 E1 活化開始。之後，E2 和 E3 協同工作以識別底物蛋白並將 Ub 與底物結合。從那時起，泛素化蛋白就可以進行降解。
這三種酶可以催化底物賴氨酸和泛素 C 末端的結合。這會導致單泛素化。當多個賴氨酸殘基被結合時，會發生多單泛素化。泛素還可以形成多聚鏈，當 N 末端或連線到底物的其中一個賴氨酸殘基時。如果鏈透過相同的殘基延長，則稱為同源泛素鏈。如果鏈透過混合的殘基延長，則稱為混合泛素鏈。然而，只有單泛素化和四種同源鏈型別已被發現具有細胞結果。
儘管尚未完全瞭解，但有一些理論可以幫助理解是什麼決定了蛋白質將被 Ub 標記
- N-degron：1986 年，Alexander Varshavsky 觀察到蛋白質的半衰期與其 N 末端殘基之間存在相關性。這表明可以透過其 N 末端氨基酸來預測蛋白質的壽命。
- 某些氨基酸序列，例如 PEST 訊號蛋白降解。PEST 序列富含脯氨酸、穀氨酸、絲氨酸和蘇氨酸。已經觀察到，去除蛋白質中的 PEST 序列會增加蛋白質的半衰期。
- 揭示降解訊號的突變蛋白比正常蛋白更容易降解。通常，訊號會隱藏在疏水核心，但有時突變會導致部分摺疊，從而使訊號暴露給 Ub。
http://homepages.bw.edu/~mbumbuli/cell/ublec/
Komander, David 和 Rape, Michael。“泛素程式碼”《生物化學年評》。