分子伴侣

新生肽链的折叠及分子伴侣蛋白质的折叠蛋白质的体外折叠与体内折叠蛋白质的去折叠（或变性）蛋白质折叠问题为什么会成为当今生物学领域中的研究热点之一？？？越来越多的基因工程产物需要复性复活,要求蛋白质折叠的理论及技术的指导，蛋白质分子设计及蛋白质工程的需要。锯齿状同源域蛋白溶菌酶DNAreplicationDNATranscriptionReverseTranscriptionTranslationRNARNAreplicationPolypeptideProtein(active)破译生命的另一半密码一、新生肽链的折叠-----加工、成熟——中心法则中有待于解决的重大问题DNA→RNA→多肽→蛋白质化学修饰：二硫键的形成(100多种反应)糖基化作用羟基化作用磷酸化作用折叠、转运、分泌、组装加工、成熟(一)经典的蛋白质折叠自组装学说实验基础:Fraekel-Conral和Williams重组实验（20世纪50年代）烟草斑纹病毒外壳蛋白核糖核酸在体外生理条件下重组得到有感染活力的病毒粒子SHSHSHSHSHSHSHSH110anfinsen实验8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍及β-巯基乙醇透析去掉尿素及β-巯基乙醇，让变性酶的巯基在空气中缓慢氧化，恢复其原有的二硫键(4个)和次级键，酶的活性又逐渐恢复（95～100%）。随机重组:8个SH形成4个二硫键的概率是1/7×1/5×1/3=1/105核糖核酸酶不仅重新折叠了,而且选择了105种可能方式中正确的一种self-assembly的主导学说：蛋白质的氨基酸序列已经包含了它的三维结构的全部信息（一级结构决定高级结构）60年代，Anfinsen提出氨基酸序列决定了蛋白质特定三维空间结构的著名假说。细胞内新合成的多肽链，在其合成终了之后，不需要别的分子的帮助，也不需要额外能量的补充，就应该能够自发地折叠而形成它的三维结构。——所谓翻译后的自发折叠过程。体外实验结论扩展到体内：与大量现代实验相矛盾有的蛋白复性效率很低，甘油醛-3-磷酸脱氢酶核糖核酸酶在较高蛋白质浓度、较高温度等接近生理条件下，复性效率也不高变性蛋白复性是一个较慢过程（几十分钟），新生肽链的折叠是一个快过程（几分钟）。新生肽链的折叠的新观点:1、新生肽链的折叠是随着肽链的延伸同时进行折叠、又不断进行调整（协调动态过程）先形成的结构会作用于后合成的肽链的折叠；后形成的结构会影响已形成的结构的调整；新生肽链的合成、延伸、折叠、调整三维结构分子克隆和表达技术↓具有相同N-末端的不同长度肽段↓物理化学方法,测定各种长度N-末端肽段的构象,比较随肽链长度的增加,多肽链的构象变化（二维及多维核磁共振等）研究方法研究方法——新生肽链在核糖体上的折叠构象特异性的单抗探测肽链在核糖体上延伸过程中的构象变化过程体外转录与体外翻译相结合2、细胞内新生肽链的折叠和成熟为功能蛋白，一般来说是需要帮助的，而不是自发的。一类新的生物功能的蛋白，能够帮助细胞内的其它蛋白折叠蛋白质的体外折叠与体内折叠二、帮助新生肽链的折叠的蛋白质MolecularChaperonesEnzymes(Foldase)PDIPPIAccessoryProteins（一）分子伴侣（molecularchaperoun）Chaperoun：Person,usuallyamarriedorelderlywomanwho,forthesakeofpropriety,accompaniesayoungunmarriedladyinpublicasguideandprotector.1、历史背景和定义1978,Laskey,组蛋白+DNA核小体nucleoplasmin核质素1980,Ellis,RuBisco组装时，大小亚基都必需先和一种蛋白结合SpacefillingmodelofhexadecamericRubisco(sideview)withlargesubunitsinblueandgreenandsmallsubunitsinyellow.(ImageIngerAndersson).1986，热休克蛋白家族对核内、细胞质内、内质网内蛋白质的组装和拆卸所起的各种作用1987，Ellis在《Nature》杂志正式提出molecularchaperoun的概念2、分子伴侣的概念(Ellis)Afunctionalclassofunrelatedfamiliesofproteinsthatassistthecorrectnon-covalentassemblyofotherpolypeptidecontainingstructureinvivo,butarenotcomponentsoftheseassembledstructureswhentheyareperformingtheirnormalbiologicalfunctions.几点说明：1）分子伴侣是从功能上定义的，凡具有这种功能的蛋白都是分子伴侣，它们的结构可以完全不同，可以是完全不同的蛋白.2）分子伴侣的作用通过催化的或非催化的方式，加速或减缓组装过程；传递组装所需要的空间信息；也可能只是抑制组装过程中不正确的副反应；3）分子伴侣一定不是最终组装完成的结构的组成部分一些蛋白酶的前导序列及核糖体蛋白的泛尾肽——分子内分子伴侣4）分子伴侣帮助正确的“非共价组装”,排除共价修饰酶.5）不仅帮助新生肽链的折叠，还帮助新生肽成熟为活性蛋白，包括转运、越膜定位、亚基组装等。最大一类蛋白为热激蛋白（Hsp60，Hsp70，Hsp90）根据功能可分为：结合伴侣（hodingchaperoun）——稳定非天然态蛋白，需其他伴侣参与协助折叠伴侣（foldingchaperoun）——带有控制或捕获的功能，依赖ATP水解促进天然态蛋白的折叠去折叠伴侣（unfoldingchaperoun）——蛋白质去折叠和分解的媒介hodingchaperoun伴侣ATP酶折叠伴侣（foldingchaperoun）Hsp70大肠杆菌的PapD，GroELHsp60二、帮助蛋白质折叠的酶——折叠酶（Foldase）蛋白质二硫键异构酶（proteindisulfideisomerasePDI）肽基脯氨酸顺反异构酶（peptidylprolycistransisomerasePPI）PDI催化巯基的氧化二硫键还原二硫键之间的交换脯氨酸羟化酶的亚基甘油三酯转移蛋白复合物的小亚基糖基化位点结合蛋白PPI催化脯氨酸亚氨基的肽键异构化为顺式蛋白质分子折叠的特点和分子伴侣的作用机制分子伴侣识别新生肽链折叠过程中的非天然结构，与之结合，从而防止过早的或错误的相互作用，阻止不正确的无效折叠途径。分子伴侣在细胞内的其它功能1、细胞质中的Hsp70能与正在合成的新生肽结合，也能与已合成好的新生肽结合2、Hsp60是新生肽链的折叠和组装不可缺少3、Hsp90在调节信号传递通路上起作用4、帮助失活或变性蛋白重折叠5、在新生肽链越膜，特别是定位于线粒体过程分子伴侣研究进展1、分子伴侣及生物功能的鉴定新发现许多蛋白具有分子伴侣功能，眼睛晶体蛋白α—晶体状蛋白DNA分子伴侣——帮助DNA分子折叠RNA分子伴侣——帮助RNA分子折叠2、分子伴侣的结构大肠杆菌的PapD，Hsp70N端结合ATP的结构域，GroEL3、作用机制4、分子伴侣的实际应用1）利用分子伴侣帮助提高包涵体蛋白质的复活效率2）治疗分子伴侣病新生肽链的折叠与Anfinsen原则矛盾？邹承鲁出生于1923年，上世纪40年代毕业于西南联大化学系，后到英国伦敦剑桥大学，师从凯林教授研究生物化学，获得剑桥大学博士学位。1951年回国后，在上海生化所从事酶的研究。他对呼吸链酶系的研究工作为我国酶学研究奠定了基础。50年代后期，他参加了中国胰岛素人工合成工作，在三个小组中负责A链和B链的拆合，从而确定了合成路线。他建立了蛋白质必需基团的化学修饰和活性丧失的定量关系公式和作图法，被称为邹氏公式和邹式作图法，被收入一些教科书。他的学术成果曾经多次荣获国家自然科学奖一、二、三等奖。1992年获得第三世界科学院生物学奖。1948年李四光先生与夫人许淑彬、女儿李林、女婿邹承鲁摄于英国伯恩茂斯李林、邹承鲁婚礼时。邹承鲁女儿提供