热休克蛋白ppt课件

1、热休克蛋白,畜牧兽医学院 05生技3班 李超 81050639,1,2,Ellis定义的分子伴侣：,帮助其他含多肽结构的物质在体内进行正确的组装，并且不是组装后的结构发挥其正常的生物功能的组分，它们是结构可以完全相同，也可以完全不同的蛋白质的总称。其中最大的一类分子伴侣是热休克蛋白（heat shock proteins,HSP）。,3,热休克蛋白的发现,1992年Horwitz提出HSP是一种分子伴侣的理论。目前HSP的作用和功能已经引起世界各国学者的广泛关注，尤其是对HSP70的研究最为深入。,HSP首先是在果蝇体内发现的。,1962年Ritossa发现，将果蝇的培养湿度从25提高到30

2、（热休克环境温度升高），30分钟后就可在多丝染色体上看到 蓬松现象（或称膨突puff），提示这些区带基因的转录加强并可能有某些蛋白质的合成增加。,1974年Tissieres研究证实该现象的产生是因为温度高增强了这一区域的基因转录，相应生成了一系列分子量为70kDa和26kDa的蛋白质这些蛋白质被命名为热休克蛋白质（HSP）。,4,休克蛋白生成的诱因,在正常生理条件下，如细胞的增生和分化、胚胎的生长和发育、激素的刺激等，热休克蛋白即呈基础表达。正常生长条件下，所有细胞中，热休克蛋白占总蛋白量的5%-10%。,在应激条件下，热休克蛋白表达明显增加，且可发生移 位。这些应激包括：,1 体外环境应激

3、：热、冷、有机物、重金属（砷、镉等）、缺氧等。,2 体内病理生理应激：基因损伤、组织创伤、微生物感染等。,5,热休克蛋白的组成和结构,组成,邬堂春等于1995年从人体肿瘤细胞株，大鼠肝脏和心脏，家兔和小鼠肝组织纯化了主要的热休克蛋白HSP70并分析了它的氨基酸组成,在所测的5种来源的HSP70中，含量位于前三位的氨基酸除大鼠心脏为甘氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸外，其余的均为甘氨酸、谷氨酸和天冬氨酸。所有来源的HSP70均富含苯丙氨酸、赖氨酸、缬氨酸、亮氨酸和脯氨酸。,6,热休克蛋白的组成和结构,结构,Flynn等的研究表明： HSP70的氨基酸的一级结构可分为3个功能域：,近N端为45kDa大小结构

4、上高度保守的氨基酸序列，具有ATPase活性区，比羧基端部分具有更高的保守性，与不同生物的HSP70所共有的生化特性有关；,紧接着为18kDa大小相对保守的氨基酸序列，是多肽的结合部位；,近C端有约10kDa结构上多变的氨基酸序列，其结构尚不明，可能与特定的一组蛋白底物相互作用有关。,7,热休克蛋白的分类,HSP100家族,HSP90家族（分子量约83-90kDa）,HSP70家族（分子量约66-78kDa）,HSP60家族和小分子量smHSP家族（分子量 约12-43kDa）,泛素,8,9,10,概述,smHSP是热胁迫诱导蛋白，能防止热诱导的蛋白质聚集，促进变性蛋白质的复性和不可逆转的受伤

5、蛋白质的降解。HSP27是smHSP亚家族中的重要的一员，主要参与微丝的稳定和细胞因子信号转导等，保护细胞免受各种应激因素的损伤。,HSP60家族成员包括分子量约60kDa的蛋白质。微生物HSP60是优势蛋白，感染微生物的人体中有40%T细胞应答是针对该蛋白质的，而且该蛋白质与人类HSP60相当，已经检出至少与人类19个已知自身抗原的氨基酸序列存在相似性，并与响应自身免疫的发生有关。,11,HSP90为组成型表达的蛋白，包括和2种分子，是HSP家族中为数不多的含有内含子的成员之一。 HSP90作为特异分子伴侣与类固醇激素受体（包括GR、PR、ER、RAR、VDR等）、信号传导途径中的酷氨酸蛋白

6、激酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶等分子结合，调节它们的生物活性，防止蛋白质的变性和聚集。,概述,泛素(ubiquitin)是一种存在于大多数真核细胞中的小蛋白。它的主要功能是标记需要分解掉的蛋白质，使其被水解。 当附有泛素的蛋白质移动到桶状的蛋白酶的时候，蛋白酶就会将该蛋白质水解。泛素也可以标记跨膜蛋白，如受体，将其从细胞膜上除去。 泛素76个氨基酸组成，分子量大约8500道尔顿。它在真核生物中具有高度保留性，人类和酵母的泛素有96%的相似性。,12,HSP70是分子量约70kD的热休克蛋白，是热休克蛋白家族中组重要的一员，被称为主要热休克蛋白，包括分子量为68、72、73、75、78kDa等的2

7、0多种蛋白。此外，在哺乳动物细胞中还发现了一类广泛存在的HSP70家族的一个亚族HSP110。 HSP70家族蛋白具有相同的等电点和相似的胰蛋白酶肽谱，在几乎所有生物的应激细胞中常被高度诱导，具有保护机体和细胞的功能。,概述,13,HSP70,一些较小的分子伴侣从蛋白质离开核糖体那一刻起就开始保护它们。在这个阶段，蛋白质还没有形成折叠结构，伸展的肽链上暴露出许多富含碳的基团，很容易造成聚集沉淀。,HSP-70能够识别并结合于这些疏水基团，从而避免其与周围基团的聚合。 当多肽链开始折叠时，HSP-70由ATP供能，从肽链上释放出来。,14,HSP70,HSP-70由两个结构域组成：一个结构域（蛋

8、白质编号1dkg）是ATP的结合位点，并且控制ATP的结合过程，（分子结构如图A所示） 另一个结构域（蛋白质编号1dkz）是富含碳的肽链的结合位点（分子结构如图B所示） 图中以粉色表示的小肽段是蛋白质结合的缝隙 图底部的水母状结构的前折叠因子（蛋白质编号1fxk）也执行类似的功能，即包裹折叠过程中的蛋白质链。,A,B,15,目前，HSP70被认为是哺乳动物细胞HSPs中最重要，也是研究最为深入的HSPs家族，这与它所具有的生物学特性密切相关：,HSP70,生物界的普遍性，从原核生物到真核生物都有HSP70的表达，同一生物体内的不同组织内亦均有表达。,高度的保守性，不同生物来源的HSP70氨基酸

9、序列有50%-90%的同源性，而且HSP70氨基酸序列的N端2/3部分较C端1/3部分还要保守得多。,正常情况下HSP70在细胞内呈基础表达，表达水平较低；而在高温及各种有害应激状态下，HSP70的合成速度显著增加，一般数分钟内即可达到最高水平，而原来的蛋白质合成则减少，以提高生物体的抗应激能力。,正常情况下HSP70位于细胞浆内，当细胞遭受应激作用时，HSP70迅速移入细胞核内并包围核仁，细胞浆内只有少量存在；而应激消除后细胞处于恢复阶段时，细胞核内HSP70又返回胞浆，在细胞浆6内呈低水平表达，再次应激又重新返回细胞核。,HSP70家族成员在细胞内的分布不同，但均具有与核苷酸特别是与ADP

10、或ATP结合的特性。,16,热休克蛋白的合成过程,目前认为HSP的合成过程如下： 应激因素导致细胞浆内的部分蛋白质变构或变性，变性的蛋白质分子启动一种叫热休克蛋白因子（heat shock factor,HSF）的蛋白质磷酸化并聚合形成三聚体，进入细胞核并与位于HSP基因增强子中的热休克元素（heat Shock Element，HSE）相结合，这一过程可激活增强子转录mRNA合成，并进一步合成HSP。 新合成的HSP与变性的蛋白质结合，并反馈抑制HSP的合成。 在应激状态下HSP70可显著升高,17,热休克蛋白的主要分子生物学特征,高度保守性 热休克蛋白被认为是生物进化最保守的成分，不同种细

11、胞产生的HSPs分子序列绝大部分相同或类似。 但不同族HSPs之间则无明显序列同源性（如HSP60和HSP70之间）。,非特异性 除热环境以外，其他的物理，化学及生物应激原，如缺血、缺氧、感染、创伤、重金属离子、氧自由基等均可诱导HSPs的产生。,时间性,交叉耐受性,弱的ATP酶活性,模拟性,双重性,18,热休克蛋白的主要功能,分子伴侣功能,热休克蛋白在细胞中执行最基本的生理功能，如蛋白质折叠、伸展、转运、寡聚体的形成和解聚等，维持细胞的生存和功能，在应激的不利条件下，提高细胞的抵抗力，起到应激保护作用。,在基本的蛋白质伸展-折叠过程中发挥作用,作为细胞内许多功能蛋白的结合蛋白发挥复杂的作用,

12、细胞保护作用,19,HSP60,HSP-60是一种典型的分子伴侣，它可以为正在折叠的蛋白质提供一个附着环境，从而起到保护折叠过程的作用,GroEL-GroES复合体,20,21,E.coli分子伴侣GroELGroES在蛋白质折叠中的反应循环,22,热休克蛋白的主要功能,参与抗原加工、呈递,协同免疫作用（免疫应答）,参与免疫细胞的发育、分化、激活,参与淋巴细胞归巢,辅助免疫求蛋白的装配,参与感染免疫,1 参与病原体感染致病作用,2 参与宿主抗感染免疫作用,参与肿瘤免疫,参与自身免疫,参与同种移植排斥免疫,23,热休克蛋白的主要功能,HSP与细胞凋亡,对细胞凋亡的抑制作用,HSP使细胞凋亡亢进,在炎症中的保护作用,胚胎发育,维持细