浅谈分子伴侣molecular chaperones

刘舒

Tankertanker Design

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目录

分子伴侣的简介和概念1

分子伴侣的功能2

分子伴侣的作用机制3

分子伴侣的作用4

分子伴侣的简介1987 年 Ikemura 发现枯草杆菌素的折叠需要前肽的帮助。这类前肽常位于信号肽与成熟多肽之间，在蛋白质合成过程中与其介导的蛋白质多肽链是一前一后合成出来的，并以共价键相连接，是成熟多肽正确折叠所必需的，成熟多肽完成折叠后即通过水解作用与前肽脱离。 Shinde 和 Inouye 将这类前肽称为分子内伴侣

分子伴侣的概念1987 年 Lasky 首先提出了分子伴侣的概念。他将细胞核内能与组蛋白结合并能介导核小体有序组装的核质素称为分子伴侣。

分子伴侣是细胞中一大类蛋白质，是由不相关的蛋白质组成的一个家系，它们介导其它蛋白质的正确装配，但自己不成为最后功能结构中的组分。

分子伴侣的功能1 、参与新生肽链在蛋白合成过程中，伴侣分子能识别与稳定多肽链的部分折叠的构象，从而参与新生肽链的折叠与装配。

植物光合作用的关键酶—二磷酸核酮糖羧化酶加氧酶在合成时，新合成的亚基单体组装成全酶（共 8 个大亚基、 8 个小亚基，大亚基基因组叶绿体编码，小亚基基因组核编码）之前，就有 Rubisco 结合蛋白（ RBP ）参与，实际上就是一种“分子伴侣”。大亚基先与 RBP 结合，然后与转运进叶绿体的小亚基装配成完整的全酶。抗 RBP 的抗体阻止新合成的亚基装配成 Rubisco 。

二磷酸核酮糖羧化酶加氧酶

分子伴侣参与生物大分子的转运和定位

有一类分子伴侣属于热休克蛋白 (HSP ）。这种蛋白是 1962 年 Ritossa 在研究果蝇唾腺染色体时首先发现的。果蝇一般在 25℃ 正常生长，当外界温度升至 30 ～ 40℃ 时，果蝇体内产生较多的 HSP 。后来又在酵母、玉米、大豆、大肠杆菌等中发现。当外界温度高出正常生长温度 10 ～ 15℃ ，HSP 大量诱生。近年来的研究表明在正常生长条件下，这类 HSP 仍少量存在。进一步研究才知正常生理条件下， HSP 对蛋白跨膜运输，结构折叠也有重要作用。

修复热变性蛋白

参与蛋白运送

在蛋白跨膜运送过程中，也有分子伴侣的参与。核糖体上新合成的多肽在定向跨膜运送到不同细胞器时，要维持非折叠状态。分子伴侣 Hsp70 家族在蛋白移位中就能打开前体蛋白的折叠，这时跨膜蛋白疏水基团外露，分子伴侣能够识别并与之结合，保护疏水面，防止相互作用而凝聚，直至跨膜运送开始。跨膜运送后，分子伴侣又参与重折叠与组装过程。

分子伴侣的作用机理

1 、 B ip 是内质网管腔内的分子伴侣 , 用一种 affinity panning 的方法检查B ip 与随机序列的十二肽结合的特异性 , 结果发现 Hy2(W öX ) 2Hy2X2Hy2X2Hy motif 与 B ip j 结合最强 , Hy 最多的是 , T rp、 L eu、 Phe, 即较大的疏水残基。一般来说 , 2- 4 个疏水残基就足够进行结合。

2 、分子伴侣常常以多聚体形式而形成中心空洞的结构 , 用电子显微镜已经观察到由二层圆面包圈组成的十四体 GroEL 分子和一个一层圆面包圈的七体 GroES 分子协同作用形成中空的非对称笼状结构 (cage model) , 该二层圆面包圈形组成的十四体GroEL 分子只有一个或若干个部位能够与疏水残基结合 , 而其余部位起识别作用。

分子伴侣的作用

免疫保护分子伴侣不仅是胞内蛋白折叠、组装与转运的帮助蛋白，更令人惊奇的是它还可以成为感染性疾病中的免疫优势抗原，激发宿主体内的体液免疫反应和 T 细胞介导的细胞免疫反应，证实在细菌或寄生虫感染中具有免疫保护作用。生理情况下，诱导热休克蛋白 Hsp70 等的过度表达，能使机体具有更高的缺血耐受能力，减少急性成人呼吸窘迫症造成的器官损害（ Currie 1993 ）

免疫原性

• 病原体结合的分子伴侣免疫原性很强，在宿主体内能诱发产生某些免疫疾病，如结核， Ieprosy ，Legionnaire's病， Iyme病， Q 热（ Q fever ）等（ Schoel 1994 ）。而分子伴侣本身的变化，如 cpn10 的表达水平下降，可能与全身性致命性线粒体疾病（ Agsteribbe 1993 ）有关。因而，对分子伴侣在各种病理现象中的作用的研究是非常必要的。

分子伴侣的特征

1 、分子伴侣对靶蛋白没有高度专一性，同一分子伴侣可以促进多种氨基酸序列完全不同的多肽链折叠成为空间结构、性质和功能都不相关的蛋白质。 2 、它的催化效率很低。行使功能需要水解 ATP ，以改变其构 象，释放底物，进行再循环

4 、多能性（胁迫保护防止交联聚沉，转运，调节转录和复制，组装细胞骨架）。

5 、 进化保守性

3 、它和肽链折叠的关系，是阻止错误折叠，而不是促进正确折叠

分子伴侣的应用• 它可以成为肿瘤或感染性疾病中的免疫优势抗原 激

发宿主的免疫反应。肿瘤组织中提取的 Grp 94 (Hsp 90) pep t ide 复合物可激活携带该肿瘤的个体的 CD8+ 细胞毒性 T 细胞 , 而产生抑瘤作用。其具体作用机制尤其是抗原递呈加工过程尚未明了。但应用前景广泛 , 可作为肿瘤疫苗而进行免疫治疗

• Hsp70 的高表达可增强细胞有缺血耐受性 , 这提供了一预防和治疗缺血性的心肌损伤和脑中风的新思路。还有研究者用亚致死量的热休克来提高器官移植的存活率 , 也是基于 H sp 保护细胞的特性。

参考文献1 、分子伴侣及其作用机理的研究概况 黎桂芳

2 、分子伴侣的功能和应用 聂忠清 * ，吴永刚，蒙建洲

3 、分子伴侣的研究进展 杨云慧 , 　唐家乾 , 　冯启云

4 、分子伴侣功能的研究进展 刘　炎

3 、