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摘要从蛋白质降解到信号介导，泛素化在几乎所有的细胞调控过程都有所参与，尽管如此，泛素化的反应过程却大致相似。如何在不同的系统中实现不同功能，且保证调控结果的准确性以及有效性便成为一个极为重要的问题。<br>　　我们通过建立具有不同拓扑结构的理论模型，研究多种约束条件下泛素化介导的蛋白质降解过程中信号强度、底物识别的准确度、能量消耗及反应时序，从而揭示该系统的设计原理。本研究显示，在能量消耗及时间限制等条件下，通过泛素化与去泛素化的调节，蛋白质降解速率与准确性相互制衡。在传统的动力学矫正模型中，底物与酶结合自由能的差异会影响整个过程的准确度，我们还发现，聚泛素链增长速率的差异会更大地影响系统的准确度。对比两种去泛素化机制——整体去泛素化(EBD，一次性移除整个聚泛素链)与逐步去泛素化(SQD，逐个移除单个泛素分子)，我们发现逐步去泛素化模型在理论上更加优化——在获取更快的蛋白质降解速度的同时，能够保持更高的准确度，并呈现出一种开关机制。<br>　　将实验中的聚泛素化链增长速率数据应用到理论模型中，我们发现，蛋白质降解速度与准确性之间的制衡关系明显存在。在去泛素化酶活性较强的情况下，逐步去泛素化同样更加优化，而整体去泛素化模型的优势是其可以在更大的参数范围内保证系统的准确性。Pareto最优分析表明，底物与E3连接酶的结合特异性及聚泛素化链增长速率特异性能够在同样的参数条件下达到最优。但对于逐步去泛素化模型，若去泛素化酶可作用于有E3连接酶连接的底物，则两者在一定的参数范围内无法同时达到Pareto最优，此时需要协调这两种特异性使系统整体最优。在泛素化过程中，细胞中1/1000的ATP消耗足以维持系统中某一种蛋白质保持泛素化动态平衡所需要的能量消耗。通过粗略估算蛋白降解时间的差异，我们发现，泛素化过程能够在一定程度上调控细胞周期。