膜蛋白的研究進展

關(guān)于膜蛋白的研究進展第1頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六膜蛋白-生物膜所含的蛋白叫膜蛋白，是生物膜功能的主要承擔(dān)者膜蛋白的分類（與脂雙層的位置關(guān)系）1.整合蛋白又稱整合蛋白（integralprotein)2.外周蛋白（peripheralprotein)3.錨定蛋白（lipid-anchoredprotein)第2頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六膜蛋白具有的生理功能包括：1.選擇性離子通道；2.進行能量的轉(zhuǎn)換；3.響應(yīng)細(xì)胞膜一側(cè)的信號，并將其傳遞到膜的另一側(cè)；4.形成可溶性代謝物（葡萄糖和氨基酸）的跨膜轉(zhuǎn)運系統(tǒng)；5.通過與細(xì)骨架中的非膜結(jié)合大分子以及胞外基質(zhì)的相互作用來調(diào)節(jié)細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)。第3頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六1、膜蛋白結(jié)構(gòu)研究的進展2、膜蛋白與能量轉(zhuǎn)換的研究進展3、膜蛋白與物質(zhì)運輸?shù)难芯窟M4、膜蛋白與信息跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究進展5、膜蛋白與醫(yī)學(xué)的關(guān)系6、膜蛋白的技術(shù)、方法的研究進展第4頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六整合蛋白占膜蛋白的70％～80％。它們部分或全部嵌入膜內(nèi)，有的則全部跨膜分布，如受體、通道、離子泵膜孔（proe）、運載體（transporter）以及各種膜酶等。第5頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六要深入了解膜蛋白的功能必須解析它們的三維結(jié)構(gòu)。在整個真核細(xì)胞所包含的蛋白質(zhì)中，據(jù)估計，1\4~1\3為內(nèi)在蛋白。人類基因組研究的初步結(jié)果表明，在全長約30億堿基對中只有30000~40000個基因能編碼并表達蛋白質(zhì)，其中內(nèi)在膜蛋白也差不多占1\4~1\3.其他模式生物的基因組所表達的蛋白質(zhì)中，內(nèi)在蛋白也占相似的比例?？傊瑑?nèi)在膜蛋白三維結(jié)構(gòu)的解析，無論對整個細(xì)胞重要功能的深入探索，還是從后基因組研究考慮都是十分重要的。第6頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六此外，內(nèi)在膜蛋白三維結(jié)構(gòu)的解析也有很明顯的的應(yīng)用前景，與醫(yī)學(xué)的關(guān)系尤為密切。有人估計，50%的受體和通道可能是藥物的靶標(biāo)。內(nèi)在膜蛋白的異常與一些遺傳病【如囊性纖維變性受體(cysticfibrosis)】癌癥甚至神經(jīng)退行性疾病【如老年性癡呆（Alzheimerdisease）、鉑金森?。≒arkinson’sdisease）】等有關(guān)。因此內(nèi)在膜蛋白三維結(jié)構(gòu)無疑對新藥的發(fā)現(xiàn)、設(shè)計、篩選都有很大的作用。第7頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六大腸桿菌MsbA的三維結(jié)構(gòu)

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計，全世界各種感染疾病約有60%與多藥耐受性的細(xì)菌有關(guān)，每年大量癌癥患者的不治身亡也與腫瘤細(xì)胞的多要耐受性有關(guān)。導(dǎo)致多藥耐受性的原因之一在于細(xì)胞質(zhì)膜存在一種內(nèi)在膜蛋白——ABC轉(zhuǎn)運體，因此研究解析它的結(jié)構(gòu)對于尋找開發(fā)新藥顯然很重要的。第8頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六美國Chang與Roth成功地從大腸桿菌中分離、純化一種具有多藥耐受性的ABC載體轉(zhuǎn)運體（ATP-bingdingcassettetransport）的同系物MsbA。這種ABC蛋白轉(zhuǎn)運體以二聚體形式存在。。第9頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六我國的研究現(xiàn)狀

總之，內(nèi)在膜蛋白三維結(jié)構(gòu)的解析雖然取得不少可喜的成績。但總的來說仍未取得突破性進展，任道而重遠(yuǎn)。雖然探索性很強，難度很大，周期很長，但鑒于它的重要性，世界各國仍給予很大的關(guān)注，從最近幾年的發(fā)展情況來看，與英國、德國相比較，美國和日本有后來居上的趨勢。我國對生物膜三維結(jié)構(gòu)的解析研究也艱難地開始起步第10頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六我國光合作用膜蛋白研究獲重大成果——測定菠菜主要捕光復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)光合作用由捕光系統(tǒng)和光反應(yīng)系統(tǒng)共同完成,捕光復(fù)合物這種膜蛋白的三維結(jié)構(gòu)是研究植物如何高效利用光能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

LHC—Ⅱ是綠色植物中含量最豐富的主要捕光復(fù)合物,它是由蛋白質(zhì)分子、葉綠素分子、類胡蘿卜素分子和脂類分子組成的一個復(fù)雜分子體系,被鑲嵌在生物膜中,具有很強的疏水性,難以分離和結(jié)晶。

第11頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六膜蛋白與信息跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究進展信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體都是膜固有蛋白，有一個或幾個疏水跨膜序列。

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體的胞外區(qū)位于親水環(huán)境下，單獨表達的胞外區(qū)比較容易結(jié)晶。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體的胞外是受體與配基結(jié)合的部位，且一般保留著與配基結(jié)合的性質(zhì)，因此能提供大量的信息。第12頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六而質(zhì)膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體往往是藥物作用的靶標(biāo)，闡明受體的結(jié)構(gòu)與功能不僅有重要的基礎(chǔ)研究意義，而且有重要的應(yīng)用前景。隨著對膜蛋白晶體結(jié)構(gòu)解析能力的提高，更多的受體結(jié)構(gòu)將被闡明，而從膜的角度研究受體與膜脂的相互作用、受體在膜上側(cè)向擴散的規(guī)律、受體在體外與脂質(zhì)體的重組等研究也會越來越深入。第13頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六丙型肝炎病毒（HCV）

HCV屬于黃病毒家族的一員，其基因組全長約9.4kb，編碼3010～3

033個氨基酸的多蛋白前體。E1糖蛋白是一個約30～35kD的糖基化蛋白，含N-糖基化位點5～6個，脫糖基后為21kD。E2糖蛋白含糖基化位點約11個，其糖蛋白的分子量為58kD～70kD，在內(nèi)源性糖基化酶的作用下，得36kD～40kD的脫糖基蛋白。目前的研究表明，HCV

E1、E2蛋白通過非共價鍵相連形成異源二聚體，代表了HCV包膜糖蛋白的天然構(gòu)象。

第14頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六HCV包膜糖蛋白的體液免疫

HCV外膜區(qū)B細(xì)胞表位。病毒的包膜蛋白對于宿主產(chǎn)生體液免疫反應(yīng)很重要，因為宿主首先接觸的是包膜蛋白，而且這些蛋白的表達水平較高；宿主的保護性免疫常依賴于針對病毒表面蛋白的抗體，該抗體能阻斷病毒與敏感細(xì)胞的結(jié)合，也可能通過加強細(xì)胞免疫清除病毒因此，研究針對HCV包膜蛋白的體液免疫具有重要意義。第15頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六HCV感染后血清中病毒含量極低，同時目前缺乏有效的體外培養(yǎng)系統(tǒng)及合適的動物模型繁殖病毒，無法獲得大量的天然病毒抗原.目前只能通過合成肽或基因重組的方法，獲得HCV包膜蛋白抗原，用于研究HCV感染者中針對HCV包膜蛋白的免疫特征。

第16頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六膜蛋白研究新技術(shù)利伊諾大學(xué)

(University

of

Illinois)

的生化學(xué)家Stephen

Sligar研發(fā)出一項新的技術(shù)來解決研究細(xì)胞膜蛋白的難題。

細(xì)胞膜蛋白之所以難研究是在于它們從細(xì)胞膜上純化出來以后就無法行使其正常功能。為了解決這項難題，Stephen

Sligar等人研發(fā)出一種脂質(zhì)納米圓盤來替代細(xì)胞膜上磷脂雙層膜

(phospholipid

bilayer)，讓被純化出來的細(xì)胞膜蛋白能夠與一般細(xì)胞膜蛋白一樣行使其正常功能。

這種納米圓盤的結(jié)構(gòu)就像一般細(xì)胞膜一樣，由兩層背對背的磷脂

(phospholipid)所組成，為了使納米圓盤表面保持平坦，其研究小組模仿制作日本壽司的方式，將其純化出來的膜蛋白當(dāng)做餡兒，將其磷脂當(dāng)作海苔包裝紙使磷脂緊密圍繞在膜蛋白周圍。

第17頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六由于納米圓盤看起來酷似套在膜蛋白的戒指，為了展現(xiàn)戒指的光芒—也就是印證嵌在里頭的膜蛋白能夠發(fā)揮正常功能，Sligar的研究生,

Andrew

Leitz,純化出一種治療心臟病藥物的目標(biāo)膜蛋白--β2腎上腺素接受器szlig;將其嵌入納米圓盤中，并觀察其加入藥物后膜蛋白變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)到藥物與接受器結(jié)合后，使其構(gòu)型發(fā)生改變，并且讓細(xì)胞內(nèi)重要的訊息傳導(dǎo)物質(zhì)G

protein釋放出來，證實嵌在納米圓盤的膜蛋白能夠行使其功能。

威斯康辛大學(xué)化學(xué)系教授Robert

Hamers指出這項研發(fā)成果可以幫助進一步探索細(xì)胞膜蛋白未知的領(lǐng)域，并將細(xì)胞膜蛋白的研究推進原子層級，創(chuàng)造與X光結(jié)晶繞射法結(jié)合的可能性，讓細(xì)胞膜蛋白研究進入新的里程碑。

第18頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六科學(xué)家成功開發(fā)熒光光譜新技術(shù)研究膜蛋白運動該項研究成果解決了在該領(lǐng)域存在的長期爭論：一個鉀離子的4個亞單元究竟是各自獨立發(fā)揮作用還是協(xié)同發(fā)揮作用。膜蛋白的主要功能是控制細(xì)胞與其周邊環(huán)境的離子交換離子通道類似于一臺小型納米機器或納米閥門，如果這些微小閥門運轉(zhuǎn)失靈，將引發(fā)人體肌肉、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和心臟等發(fā)生各種遺傳疾病。第19頁，共21頁，2022年，5月20日，2點53分，星期六

與照相機的光圈原理相