泛素-蛋白酶体系统（UPS）是细胞内蛋白质降解的主要途径，参与细胞内80%以上蛋白质的降解。

泛素-蛋白酶体系统降解蛋白的途径包括两个主要阶段。

第一阶段为泛素与蛋白底物的相互作用；

第二阶段为蛋白酶体对底物的降解。

很早的观点是，大多数蛋白酶（包括溶酶体酶体系）降解底物时不需要三磷酸腺苷（ATP）提供能量，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等。

20世纪50年代初，科学家Simpson在肝脏组织培养的切片中检测到了氨基酸的产生，揭示出细胞内大部分蛋白质的降解需要ATP提供能量。

因此，蛋白质的降解是否需要ATP存在上述两种观点。

2004年诺贝尔化学奖授予了以色列的阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和美国的欧文·罗斯，以表彰他们就发现和阐明蛋白质经泛素——蛋白酶体的选择性降解途径所作的杰出贡献。

1.蛋白质降解过程方式

原来，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。

2.蛋白质水解机理

这三位科学家发现，一种被称为泛素的多肽在需要能量的蛋白质降解过程中扮演着重要角色。这种多肽由76个氨基酸组成，它最初是从小牛的胰脏中分离出来的。它就像标签一样，被贴上标签的蛋白质就会被运送到细胞内的“垃圾处理厂”，在那里被降解。

这三位科学家进一步发现了这种蛋白质降解过程的机理。

泛素－蛋白酶体途径

细胞中存在着E1、E2和E3三种酶，它们各有分工。E1负责激活泛素分子。泛素分子被激活后就被运送到E2上，E2负责把泛素分子绑在需要降解的蛋白质上。但E2并不认识指定的蛋白质，这就需要E3帮助。E3具有辨认指定蛋白质的功能。当E2携带着泛素分子在E3的指引下接近指定蛋白质时，E2就把泛素分子绑在指定蛋白质上。这一过程不断重复，指定蛋白质上就被绑了一批泛素分子。

被绑的泛素分子达到一定数量后，指定蛋白质就被运送到细胞内的一种称为蛋白酶体的结构中。这种结构实际上是一种“垃圾处理厂”，它根据绑在指定蛋白质上的泛素分子这种标签决定接受并降解这种蛋白质。

蛋白酶体是一个桶状结构，通常一个人体细胞中含有3万个蛋白酶体，经过它的处理，蛋白质就被切成由7至9个氨基酸组成的短链。这一过程如此复杂，自然需要消耗能量。

泛素－蛋白酶体系统降解蛋白途径主要步骤可以分为下列四步：

（1）泛素的活化：泛素甘氨酸端的羧基连接到泛素活化酶E1的巯基，这个需要以ATP作为能量，最终形成一个泛素和泛素活化酶E1之间的硫酯键。

（2）E1将活化后的泛素通过交酯化过程交给泛素结合酶E2。

（3）泛素连接酶E3将结合E2的泛素连接到目标蛋白质上并释放E2，形成特定的泛素化的蛋白质。

（4）泛素化的蛋白质被特定的蛋白酶体识别并结合，最终在蛋白酶的催化下蛋白质分解为短肽或氨基酸。

后来很多科学家的大量研究证实，这种泛素调节的蛋白质降解过程在生物体中的作用非常重要。它如同一位重要的质量监督员，细胞中合成的蛋白质质量有高有低，通过它的严格把关，通常有30％新合成的蛋白质没有通过质检，而被销毁。但如果它把关不严，就会使一些不合格的蛋白质蒙混过关；如果把关过严，又会使合格的蛋白质供不应求。这都容易使生物体出现一系列问题。

比如，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。

3.研究意义

目前，在世界各地的很多实验室中，科学家不断发现和研究与这一降解过程相关的细胞新功能。这些研究对进一步揭示生物的奥秘，以及探索一些疾病的发生机理和治疗手段具有重要意义。

三名科学家在研究细胞控制蛋白质运动方面做出了卓越的成就，他们的研究在DNA修复和控制、治疗人类疾病方面具有重要意义。他们的主要工作——发现泛素调节的蛋白质降解，是在20世纪70年代到80年代间完成的。

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。