分子伴侶幫助蛋白質(zhì)形成正確折疊狀態(tài)的一類(lèi)分子

1、詞匯: chaperone 分子伴侶(伴侶蛋白) drosophila 果蠅 larvae 幼蟲(chóng) giant chromosome 巨型染色體 elevation 上升 heat shock response 熱激反應(yīng) mammal 哺乳動(dòng)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(jìn)化 symmetrically 對(duì)稱(chēng)地 catalyze 促使.起反應(yīng) polypeptide 多肽 intermediate 居中的 mass 質(zhì)量 hydrop

2、hobic 疏水的 residue 殘余物 第一頁(yè)，共二十六頁(yè)。 droplet 小滴 soluble 可溶的 denature 變性 aggregate 集合物 crowbar 斷裂 monomeric 單體 mitochondrial crystallography 結(jié)晶 chamber 小室 ethane 乙烷 cap 帽子 conformation 構(gòu)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 immunoprecipita

3、te 免疫沉淀物 prone 傾向于第二頁(yè)，共二十六頁(yè)。Testing and ThinkingWhere can Chaperons be found？ Can proteins fold on their own? 2.What level of structure was being formed in this picture? 第三頁(yè)，共二十六頁(yè)。分子伴侶的發(fā)現(xiàn)第四頁(yè)，共二十六頁(yè)。 1962年,意大利生物學(xué)家F.M.Ritossa在研究果蠅(Drosophila)的發(fā)育時(shí),發(fā)現(xiàn):當(dāng)培養(yǎng)果蠅的溫度從正常的25上升到32時(shí)，幼蟲(chóng)(larvae )細(xì)胞中的一些巨型染色體上的新的位點(diǎn)變得異常

4、活躍。研究表明，溫度的升高促使一些新基因的表達(dá)。這就是熱激反應(yīng)（heat-shock response)的發(fā)現(xiàn)。第五頁(yè)，共二十六頁(yè)。 我們都知道噬菌體(bacteriophage)通過(guò)寄主細(xì)菌遺傳物質(zhì)完成其自我組裝，所以噬菌體自身的組裝需要細(xì)菌的幫助。1973年發(fā)現(xiàn)，一種突變細(xì)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(gè)基因GroEL和GroES編碼翻譯的兩個(gè)獨(dú)立的蛋白質(zhì)GroEL和GroES不正常，致使噬菌體組裝錯(cuò)誤。第六頁(yè)，共二十六頁(yè)。 大多數(shù)蛋白質(zhì)的折疊都服從經(jīng)典的“自組裝學(xué)說(shuō)”，不需要其他分子的幫助和外加能量的補(bǔ)充。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)新生肽鏈的折疊事實(shí)上需要其

5、他分子的幫助。從而產(chǎn)生了蛋白質(zhì)折疊的“輔助性組裝”（assisted assembling)學(xué)說(shuō)，使經(jīng)典的蛋白質(zhì)折疊的“自組裝學(xué)說(shuō)”發(fā)生了革命性的轉(zhuǎn)變。新的觀點(diǎn)認(rèn)為，新生肽鏈折疊并組裝成有功能的蛋白質(zhì)并非都能自發(fā)完成，在相當(dāng)多的情況下是需要其他蛋白質(zhì)幫助的，這類(lèi)幫助蛋白包括分子伴侶（ molecular chaperones ）和折疊酶（folding enzymes, foldases)。 第七頁(yè)，共二十六頁(yè)。分子伴侶的概念及其特點(diǎn)第八頁(yè)，共二十六頁(yè)。Definition: Proteins that interact with partially folded or improperly

6、folded polypepetides, facilitating correct folding pathways 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(lèi)在序列上沒(méi)有相關(guān)性但有共同功能的蛋白質(zhì)，它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)幫助其他含多肽的結(jié)構(gòu)完成正確的組裝，而且在組裝完畢后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行功能時(shí)的組份 第九頁(yè)，共二十六頁(yè)。這個(gè)概念有3個(gè)特點(diǎn)：凡具有這種功能的蛋白都稱(chēng)為分子伴侶，盡管是完全不同的蛋白質(zhì)。（同源性）作用機(jī)制不清楚分子伴侶一定不是最終組裝完成的結(jié)構(gòu)

7、的組成部分，但不一定是一個(gè)分離的實(shí)體。（分子內(nèi)伴侶）第十頁(yè)，共二十六頁(yè)。分子伴侶結(jié)構(gòu)上的共同特點(diǎn)第十一頁(yè)，共二十六頁(yè)。分子伴侶在結(jié)構(gòu)上具有一些共同特點(diǎn).家組成員具有高度保守性家組成員結(jié)構(gòu)上具有相似性組成型表達(dá)家族成員都具有可被底物激活和增強(qiáng)的弱ATP酶活性第十二頁(yè)，共二十六頁(yè)。分子伴侶的種類(lèi)第十三頁(yè)，共二十六頁(yè)。分子伴侶的分類(lèi)和分布分類(lèi)種屬細(xì)胞內(nèi)的定位核質(zhì)蛋白家族Nucleoplasmin真核生物細(xì)胞核基質(zhì)Protein XLNO-38真核生物細(xì)胞核基質(zhì)NuleoplasminS真核生物細(xì)胞核基質(zhì)Hsp70Hsp70(Hsp40、Hsp24)所有生物細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞骨架，熱休克后移至細(xì)胞核及核仁質(zhì)

8、膜上；哺乳動(dòng)物線(xiàn)粒體DnaK (DnaJ、GrpE)大腸桿菌細(xì)胞質(zhì)Ssa1-4 SsB1 SsC1 SsD1酵母細(xì)胞質(zhì)和線(xiàn)粒體Bip哺乳動(dòng)物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Hsp60家族GroEL(GroES)大腸桿菌細(xì)胞質(zhì)Cpn60(cpn10)真核細(xì)胞線(xiàn)粒體和葉綠體基質(zhì)RBP植物葉綠體第十四頁(yè)，共二十六頁(yè)。分類(lèi)種屬細(xì)胞內(nèi)的定位TCP-1家族TF55古細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)Tric(TCP-1）真核生物細(xì)胞質(zhì)Hsp90家族Hsp90哺乳動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)Hsp83, Hsp87酵母和果蠅細(xì)胞質(zhì)Grp94哺乳動(dòng)物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Hsp100家族Hsp104酵母細(xì)胞質(zhì)和核、核仁中ClpX大腸桿菌細(xì)胞質(zhì)第十五頁(yè)，共二十六頁(yè)。1) 伴侶素家族（chape

9、ronin, Cpn） Cpn 家族是具有獨(dú)特的雙層 7-9 元環(huán)狀結(jié)構(gòu)的寡聚蛋白（ Hemminngwen 1988; Cheng 1989 ），它們以依賴(lài) ATP 的方式促進(jìn)體內(nèi)正常和應(yīng)急條件下的蛋白質(zhì)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(xì)菌、線(xiàn)粒體和葉綠體中，由雙層 7 個(gè)亞基組成的圓環(huán)組成，每個(gè)亞基分子量約為 60Ku 。它們?cè)隗w內(nèi)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(lèi)似物外，這些蛋白是應(yīng)急反應(yīng)誘導(dǎo)的。人們對(duì) GroEL 和 GroES 的結(jié)構(gòu)、

10、功能及其作用機(jī)制做了十分詳盡的研究。 TRiC 型（ TCP-1 環(huán)狀復(fù)合物）存在于古細(xì)菌和真核細(xì)胞質(zhì)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(fù)合蛋白（ TCP-1 tail complex protein ）有同源性。這種 Cpn 沒(méi)有類(lèi)似 GroES 的輔助因子，而且只有古細(xì)菌中的成員有應(yīng)急誘導(dǎo)性； 第十六頁(yè)，共二十六頁(yè)。2) 應(yīng)激蛋白70 家族(Stress-70 family) 又稱(chēng)為熱休克蛋白 70 家族（ Hsp70 family ），是一類(lèi)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(xì)胞中，包括大腸桿菌胞漿中的

11、DnaK/ DnaJ ，高等生物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的 Bip 、 Hsc1 、 Hsc 2 、 Hsc 4 或 hsc70 ，胞漿中的 Hsp70 、 Hsp68 和 Ssal4p ，線(xiàn)粒體中的 Ssclp 、 Hsp70 等。在細(xì)胞應(yīng)急和非應(yīng)急條件下的蛋白質(zhì)代謝，如蛋白質(zhì)的從頭折疊（ de novo protein folding) 、跨膜運(yùn)輸、錯(cuò)誤折疊多肽的降解及其調(diào)控過(guò)程中有重要的作用。在體內(nèi)， Hsp70 家族成員的主要功能是以 ATP 依賴(lài)的方式結(jié)合未折疊多肽鏈的疏水區(qū)以穩(wěn)定蛋白質(zhì)的未折疊狀態(tài)，再通過(guò)有控制的釋放幫助其折疊（ Hartl 1996 ）； 第十七頁(yè)，共二十六頁(yè)。3) 應(yīng)激蛋白90

12、 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(lèi)固醇激素受體結(jié)合，封閉受體的 DNA 結(jié)合域，阻礙其對(duì)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)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(jié)合也使受體保持著對(duì)激素配體的高親和力。 hsp90 還與 Ras 信號(hào)途徑中許多信號(hào)分子的折疊與組裝密切相關(guān)，主要是 hsp90 的結(jié)合與解離，介導(dǎo)了這些分子在非活性形式與活性形式間的轉(zhuǎn)化。如轉(zhuǎn)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(fù)合物中釋放，才能轉(zhuǎn)位至胞膜，行使激酶

13、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(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞周期有關(guān)， el/f-2a 激酶則調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成，兩者均可與 hsp90 及其他分子伴侶形成復(fù)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(guò)程； 第十八頁(yè)，共二十六頁(yè)。GroEL 和GroES復(fù)合體第十九頁(yè)，共二十六頁(yè)。 The structure of E.coli GroEL heat shock protein (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. 第二十頁(yè)，共二十六頁(yè)。GroEL/GroES 復(fù)合體的高級(jí)結(jié)構(gòu)第二十一頁(yè)，共二十六頁(yè)。第二十二頁(yè)，共二十六頁(yè)。分子伴侶的功能和作用機(jī)制幫助蛋白質(zhì)折疊和裝配幫助蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和定位參與細(xì)胞器和細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)（heat-shock response)參與信號(hào)轉(zhuǎn)