分子伴侶_幫助蛋白質形成正確折疊狀態(tài)的一類分子

1、詞匯: chaperone 分子伴侶(伴侶蛋白) drosophila 果蠅 larvae 幼蟲 giant chromosome 巨型染色體 elevation 上升 heat shock response 熱激反應 mammal 哺乳動物 concentration 濃度 multisubunit 多亞基的tobacco mosaic virus 煙草花葉病毒bacteriophage 噬菌體 phage 同上 evolve 進化 symmetrically 對稱地 catalyze 促使.起反應 polypeptide 多肽 intermediate 居中的 mass 質量 hydrop

2、hobic 疏水的 residue 殘余物 droplet 小滴 soluble 可溶的 denature 變性 aggregate 集合物 crowbar 斷裂 monomeric 單體 mitochondrial crystallography 結晶 chamber 小室 ethane 乙烷 cap 帽子 conformation 構形 volume 容積 tertiary 第三位的 adjacent 鄰近的 approximately 近似地 encapsulate 囊狀的 flexibility 柔韌性 incubate 慢慢地形成 immunoprecipitate 免疫沉淀物 pr

3、one 傾向于Testing and Thinking Where can Chaperons be found？ Can proteins fold on their own? 2.What level of structure was being formed in this picture? 分子伴侶的發(fā)現(xiàn)分子伴侶的發(fā)現(xiàn) 1962年,意大利生物學家F.M.Ritossa在研究果蠅(Drosophila)的發(fā)育時,發(fā)現(xiàn):當培養(yǎng)果蠅的溫度從正常的25上升到32時，幼蟲(larvae )細胞中的一些巨型染色體上的新的位點變得異?；钴S。研究表明，溫度的升高促使一些新基因的表達。這就是熱激反應（熱

4、激反應（heat-shock response)的發(fā)現(xiàn)。 我們都知道噬菌體(bacteriophage)通過寄主細菌遺傳物質完成其自我組裝，所以噬菌體自身的組裝需要細菌的幫助。1973年發(fā)現(xiàn)，一種突變細菌GroE卻不能支持噬菌體的正常組裝。原因是：GroE染色體上的兩個基因GroEL和GroES編碼翻譯的兩個獨立的蛋白質GroEL和GroES不正常，致使噬菌體組裝錯誤。 大多數(shù)蛋白質的折疊都服從經(jīng)典的“自組裝學說”，不需要其他分子的幫助和外加能量的補充。近年來研究發(fā)現(xiàn)，體內新生肽鏈的折疊事實上需要其他分子的幫助。從而產(chǎn)生了蛋白質折疊的“輔助性組裝”（assisted assembling)學說

5、，使經(jīng)典的蛋白質折疊的“自組裝學說”發(fā)生了革命性的轉變。新的觀點認為，新生肽鏈折疊并組裝成有功能的蛋白質并非都能自發(fā)完成，在相當多的情況下是需要其他蛋白質幫助的，這類幫助蛋白包括分子伴侶（ molecular chaperones ）和折疊酶（folding enzymes, foldases)。 分子伴侶的概念及其特點分子伴侶的概念及其特點Definition: Proteins that interact with partially folded or improperly folded polypepetides, facilitating correct folding pathwa

6、ys or providing microenvironments in which folding can occur.1991年Ellis等人提出了分子伴侶的基本概念：一類在序列上沒有相關性但有共同功能的蛋白質，它們在細胞內幫助其他含多肽的結構完成正確的組裝，而且在組裝完畢后與之分離，不構成這些蛋白質結構執(zhí)行功能時的組份 這個概念有3個特點： 凡具有這種功能的蛋白都稱為分子伴侶，盡管是完全不同的蛋白質。（同源性） 作用機制不清楚1.分子伴侶一定不是最終組裝完成的結構的組成部分，但不一定是一個分離的實體。（分子內伴侶）分子伴侶結構上的共同特點分子伴侶結構上的共同特點分子伴侶在結構上具有一些共

7、同特點. 家組成員具有高度保守性 家組成員結構上具有相似性 組成型表達1.家族成員都具有可被底物激活和增強的弱ATP酶活性分子伴侶的種類分子伴侶的種類1) 伴侶素家族（chaperonin, Cpn） Cpn 家族是具有獨特的雙層 7-9 元環(huán)狀結構的寡聚蛋白（ Hemminngwen 1988; Cheng 1989 ），它們以依賴 ATP 的方式促進體內正常和應急條件下的蛋白質折疊。 Cpns 又分為兩組： GroEL(Hsp60) 家族和 TriC 家族。 GroEL 型的 Cpns 存在于真細菌、線粒體和葉綠體中，由雙層 7 個亞基組成的圓環(huán)組成，每個亞基分子量約為 60Ku 。它們在

8、體內與一種輔助因子，如 E. coli 中的 GroES ，協(xié)同作用以幫助蛋白折疊。除了葉綠體中的類似物外，這些蛋白是應急反應誘導的。人們對 GroEL 和 GroES 的結構、功能及其作用機制做了十分詳盡的研究。 TRiC 型（ TCP-1 環(huán)狀復合物）存在于古細菌和真核細胞質中，由雙層 8 或 9 元環(huán)組成，亞基分子量約為 55K ，與小鼠中 TCP-1 尾復合蛋白（ TCP-1 tail complex protein ）有同源性。這種 Cpn 沒有類似 GroES 的輔助因子，而且只有古細菌中的成員有應急誘導性； 2) 應激蛋白70 家族(Stress-70 family) 又稱為熱休

9、克蛋白 70 家族（ Hsp70 family ），是一類分子量約 70Ku 的高度保守的 ATP 酶，廣泛地存在于原核和真核細胞中，包括大腸桿菌胞漿中的 DnaK/ DnaJ ，高等生物內質網(wǎng)中的 Bip 、 Hsc1 、 Hsc 2 、 Hsc 4 或 hsc70 ，胞漿中的 Hsp70 、 Hsp68 和 Ssal4p ，線粒體中的 Ssclp 、 Hsp70 等。在細胞應急和非應急條件下的蛋白質代謝，如蛋白質的從頭折疊（ de novo protein folding) 、跨膜運輸、錯誤折疊多肽的降解及其調控過程中有重要的作用。在體內， Hsp70 家族成員的主要功能是以 ATP 依賴

10、的方式結合未折疊多肽鏈的疏水區(qū)以穩(wěn)定蛋白質的未折疊狀態(tài)，再通過有控制的釋放幫助其折疊（ Hartl 1996 ）； 3) 應激蛋白90 家族(Stress-90 family) 即熱休克蛋白 90 家族（ Hsp90 family ），分子量在 90Ku 左右, Hsp 90 可以與胞漿中的類固醇激素受體結合，封閉受體的 DNA 結合域，阻礙其對基因轉錄調控區(qū)的激活作用，使之保持在天然的非活性狀態(tài)，但 hsp90 的結合也使受體保持著對激素配體的高親和力。 hsp90 還與 Ras 信號途徑中許多信號分子的折疊與組裝密切相關，主要是 hsp90 的結合與解離，介導了這些分子在非活性形式與活性形

11、式間的轉化。如轉化型酪氨酸激酶 pp60v-src 或在一定條件下，從 hsp90 等與之形成的復合物中釋放，才能轉位至胞膜，行使激酶的活性功能。 Casein(CKII) 和 el/f-2a 是兩種絲氨酸 / 蘇氨酸蛋白激酶，其中 Casein(CKII) 與細胞生長和細胞周期有關， el/f-2a 激酶則調節(jié)蛋白質合成，兩者均可與 hsp90 及其他分子伴侶形成復合物。除 hsp90 以外，其他分子伴侶如 hsp70, PPIs 等都影響了受體分子的激活過程； GroEL 和GroES復合體 The structure of E.coli GroEL heat shock protein

12、(hsp). There are 14 subunits of the GroEL. Attached to the apical domain is the GroES. The apical region is also capable of polypeptide binding. The lower region, (circled, bottom) is concerned with ATP binding. GroEL/GroES 復合體的高級結構分子伴侶的功能和作用機制分子伴侶的功能和作用機制幫助蛋白質折疊和裝配幫助蛋白質的轉運和定位參與細胞器和細胞核結構的發(fā)生應激反應（heat-shock response)參與信號轉導幫助蛋白質折疊和裝配