分子伴侣-帮助蛋白质形成正确折叠状态的一类分子

Chaperones:HelpingProteinsReachTheirProperFoldedState分子伴侣:帮助蛋白质形成正确折叠状态的一类分子02级1班王丹词汇:chaperone分子伴侣(伴侣蛋白)drosophila果蝇larvae幼虫giantchromosome巨型染色体elevation上升heatshockresponse热激反应mammal哺乳动物concentration浓度multisubunit多亚基的tobaccomosaicvirus烟草花叶病毒bacteriophage噬菌体phage同上evolve进化symmetrically对称地catalyze促使…..起反应polypeptide多肽intermediate居中的mass质量hydrophobic疏水的residue残余物droplet小滴soluble可溶的denature变性aggregate集合物crowbar断裂monomeric单体mitochondrialcrystallography结晶chamber小室ethane乙烷cap帽子conformation构形volume容积tertiary第三位的adjacent邻近的approximately近似地encapsulate囊状的flexibility柔韧性incubate慢慢地形成immunoprecipitate免疫沉淀物prone倾向于TestingandThinkingWherecanChaperonsbefound？Canproteinsfoldontheirown?

2.Whatlevelofstructurewasbeingformedinthispicture?

分子伴侣的发现

1962年,意大利生物学家F.M.Ritossa在研究果蝇(Drosophila)的发育时,发现:当培养果蝇的温度从正常的25℃上升到32℃时，幼虫(larvae)细胞中的一些巨型染色体上的新的位点变得异常活跃。研究表明，温度的升高促使一些新基因的表达。这就是热激反应（heat-shockresponse)的发现。我们都知道噬菌体(bacteriophage)通过寄主细菌遗传物质完成其自我组装，所以噬菌体自身的组装需要细菌的帮助。1973年发现，一种突变细菌GroE却不能支持噬菌体的正常组装。原因是：GroE染色体上的两个基因GroEL和GroES编码翻译的两个独立的蛋白质GroEL和GroES不正常，致使噬菌体组装错误。

大多数蛋白质的折叠都服从经典的“自组装学说”，不需要其他分子的帮助和外加能量的补充。近年来研究发现，体内新生肽链的折叠事实上需要其他分子的帮助。从而产生了蛋白质折叠的“辅助性组装”（assistedassembling)学说，使经典的蛋白质折叠的“自组装学说”发生了革命性的转变。新的观点认为，新生肽链折叠并组装成有功能的蛋白质并非都能自发完成，在相当多的情况下是需要其他蛋白质帮助的，这类帮助蛋白包括分子伴侣（molecularchaperones）和折叠酶（foldingenzymes,foldases)。分子伴侣的概念及其特点Definition:Proteinsthatinteractwithpartiallyfoldedorimproperlyfoldedpolypepetides,facilitatingcorrectfoldingpathwaysorprovidingmicroenvironmentsinwhichfoldingcanoccur.1991年Ellis等人提出了分子伴侣的基本概念：一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份这个概念有3个特点：凡具有这种功能的蛋白都称为分子伴侣，尽管是完全不同的蛋白质。（同源性）作用机制不清楚分子伴侣一定不是最终组装完成的结构的组成部分，但不一定是一个分离的实体。（分子内伴侣）分子伴侣结构上的共同特点分子伴侣在结构上具有一些共同特点.家组成员具有高度保守性家组成员结构上具有相似性组成型表达家族成员都具有可被底物激活和增强的弱ATP酶活性分子伴侣的种类分子伴侣的分类和分布分类种属细胞内的定位核质蛋白家族Nucleoplasmin真核生物细胞核基质ProteinXLNO-38真核生物细胞核基质NuleoplasminS真核生物细胞核基质Hsp70Hsp70(Hsp40、Hsp24)所有生物细胞质和细胞骨架，热休克后移至细胞核及核仁质膜上；哺乳动物线粒体DnaK(DnaJ、GrpE)大肠杆菌细胞质Ssa1-4SsB1SsC1SsD1酵母细胞质和线粒体Bip哺乳动物内质网Hsp60家族GroEL(GroES)大肠杆菌细胞质Cpn60(cpn10)真核细胞线粒体和叶绿体基质RBP植物叶绿体分类种属细胞内的定位TCP-1家族TF55古细菌细胞质Tric(TCP-1）真核生物细胞质Hsp90家族Hsp90哺乳动物细胞质Hsp83,Hsp87酵母和果蝇细胞质Grp94哺乳动物内质网Hsp100家族Hsp104酵母细胞质和核、核仁中ClpX大肠杆菌细胞质1)伴侣素家族（chaperonin,Cpn）Cpn家族是具有独特的双层7-9元环状结构的寡聚蛋白（Hemminngwen1988;Cheng1989），它们以依赖ATP的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。Cpns又分为两组：GroEL(Hsp60)家族和TriC家族。GroEL型的Cpns存在于真细菌、线粒体和叶绿体中，由双层7个亚基组成的圆环组成，每个亚基分子量约为60Ku。它们在体内与一种辅助因子，如E.coli中的GroES，协同作用以帮助蛋白折叠。除了叶绿体中的类似物外，这些蛋白是应急反应诱导的。人们对GroEL和GroES的结构、功能及其作用机制做了十分详尽的研究。TRiC型（TCP-1环状复合物）存在于古细菌和真核细胞质中，由双层8或9元环组成，亚基分子量约为55K，与小鼠中TCP-1尾复合蛋白（TCP-1tailcomplexprotein）有同源性。这种Cpn没有类似GroES的辅助因子，而且只有古细菌中的成员有应急诱导性；2)应激蛋白70家族(Stress-70family)又称为热休克蛋白70家族（Hsp70family），是一类分子量约70Ku的高度保守的ATP酶，广泛地存在于原核和真核细胞中，包括大肠杆菌胞浆中的DnaK/DnaJ，高等生物内质网中的Bip、Hsc1、Hsc2、Hsc4或hsc70，胞浆中的Hsp70、Hsp68和Ssal4p，线粒体中的Ssclp、Hsp70等。在细胞应急和非应急条件下的蛋白质代谢，如蛋白质的从头折叠（denovoproteinfolding)、跨膜运输、错误折叠多肽的降解及其调控过程中有重要的作用。在体内，Hsp70家族成员的主要功能是以ATP依赖的方式结合未折叠多肽链的疏水区以稳定蛋白质的未折叠状态，再通过有控制的释放帮助其折叠（Hartl1996）；3)应激蛋白90家族(Stress-90family)即热休克蛋白90家族（Hsp90family），分子量在90Ku左右,Hsp90可以与胞浆中的类固醇激素受体结合，封闭受体的DNA结合域，阻碍其对基因转录调控区的激活作用，使之保持在天然的非活性状态，但hsp90的结合也使受体保持着对激素配体的高亲和力。hsp90还与Ras信号途径中许多信号分子的折叠与组装密切相关，主要是hsp90的结合与解离，介导了这些分子在非活性形式与活性形式间的转化。如转化型酪氨酸激酶pp60v-src或在一定条件下，从hsp90等与之形成的复合物中释放，才能转位至胞膜，行使激酶的活性功能。Casein(CKII)和el/f-2a是两种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其中Casein(CKII)与细胞生长和细胞周期有关，el/f-2a激酶则调节蛋白质合成，两者均可与hsp90及其他分子伴侣形成复合物。除hsp90以外，其他分子伴侣如hsp70,PPIs等都影响了受体分子的激活过程；GroEL和GroES复合体ThestructureofE.coliGroELheatshockprotein(hsp).Thereare14subunitsoftheGroEL.AttachedtotheapicaldomainistheGroES.Theapicalregionisalsocapableofpolypeptidebinding.Thelowerregion,(circled,bottom)isconcernedwithATPbinding.GroEL/GroES复合体的高级结构分子伴侣的功能和作用机制帮助蛋白质折叠和装配帮助蛋白质的转运和定位参与细胞器和细胞核结构的发生应激反应（heat-shockre