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从蛋白质结构看,蛋白酶体是一桶状复合体,包括一个由四个堆积在一起的环所组成的“核心”(右图中蓝色部分),核心中空,形成一个空腔。其中,每一个环由七个蛋白质分子组成。中间的两个环各由七个β亚基组成,并含有六个蛋白酶的活性位点。这些位点位于环的内表面,所以蛋白质必须进入到蛋白酶体的“空腔”中才能够被降解。外部的两个环各含有七个α亚基,可以发挥“门”的作用,是蛋白质进入“空腔”中的必经之路。这些α亚基,或者说“门”,是由结合在它们上的“帽”状结构(即调节颗粒,右图中红色部分)进行控制;调节颗粒可以识别连接在蛋白质上的多泛素链标签,并启动降解过程。包括泛素化和蛋白酶体降解的整个系统被称为“泛素-蛋白酶体系统”。
蛋白酶体降解途径对于许多细胞过程是必不可少的,包括细胞周期,基因表现的调节,与氧化应激反应等。细胞内的蛋白酶体降解和泛素蛋白水解途径的作用的重要性在2004年的诺贝尔化学奖得到承认,阿龙·切哈诺沃、阿夫拉姆·赫什科和欧文·罗斯三人分享该奖。
在发现泛素-蛋白酶体系统之前,细胞中的蛋白质降解被认为主要依赖于溶酶体,一种膜包裹的囊状细胞器,内部为酸性环境且充满了蛋白酶,可以降解并回收外源蛋白质以及衰老或损伤的细胞器。然而,在对网织红血球的研究中发现,在缺少溶酶体的情况下,ATP依赖的蛋白质降解依然能够发生;这一结果提示,细胞中存在另一种蛋白质降解机制。1978年,一些研究者发现这一新的降解机制有多种不同的蛋白质参与,在当时被认为是新的蛋白酶。随后在对组蛋白修饰的研究工作中发现,组蛋白发生了意外的共价修饰:组蛋白上的一个赖氨酸残基与泛素蛋白C-端的甘氨酸残基之间形成了共价连接,但其对应的功能未知。而后又发现先前鉴定的一个参与新的降解机制的蛋白质,ATP依赖的蛋白质水解因子1(ATP-dependent proteolysis factor 1,APF-1),实际上就是泛素。
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