分子伴侣在蛋白质折叠中的作用

分子伴侣主要由三个高度保守的蛋白质家族组成,这三个家族的成员广泛分布于原核和真核细胞中。TCP1复合物是真核细胞细胞溶质内的伴侣蛋白。分子伴侣在蛋白质折叠过程中防止多肽链形成聚集物或无活性结构,提高正确折叠率。本文重点讨论Stress-70家族蛋白质和伴侣蛋白协助蛋白质折叠过程中的协同性以及伴侣蛋白GroEL和GroES的作用机理。     

蛋白质折叠和分子伴侣

一个有活性的蛋白质分子不但有特定的氨基酸序列,还处于特定的由氨基酸序列决定的三维空间结构。三维结构的完整性受到干扰,生物活性也会发生变化：有时即使只是轻微的破坏,都可能导致其生物活性全部丧失。所以蛋白质的生物功能是与其三维空间结构密切联系在一起的。     

伴侣分子纯化及其催化的重组蛋白质折叠反应

我们自Ｅ．ｃｏｌｉ细胞中纯化出ＧｒｏＥＬ和ＧｒｏＥＳ,对其有活性的分子状态和反应条件进行了探索,只有在等摩尔的ＧｒｏＥＬ和ＧｒｏＥＳ以及１ｍｍｏｌ／Ｌ ＡＴＰ和适当浓度的Ｋ＾＋存在时,才会有较高的催化折叠效率,它可使１ｍｇ／ｍｌ的ＩＬ－２的正确折叠率由３０％提高到５８％,使ＩＬ－２和ＧＭ－ＣＳＦ的比活性提高１倍以上,它提高重组蛋白质正确折叠率的关键是可以降低折叠过程中形成聚合体。     

GroEL的耗能分子伴侣机制

双环结构Gro EL及其辅分子伴侣Gro ES是目前研究得最深入的分子伴侣.然而,Gro EL/Gro ES帮助蛋白质折叠的一些关键理化机制,尤其是水解ATP,Gro EL发生构象改变,能否主动调节蛋白质错误折叠中间体的构象,以促进错误折叠中间体的复性,仍然存在争议.结合本研究组近年的工作,作者着力介绍Gro EL促进蛋白质折叠的主动解折叠机制.     

腾冲嗜酸热两面菌伴侣素ATcpnβ底物结合特性研究

嗜酸嗜热古菌腾冲嗜酸热两面菌(Acidianus tengchongensis)来源的Ⅱ型伴侣素ATcpnβ已获得晶体结构解析,其顶端结构域突触下端相应于Ⅰ型伴侣素GroEL的重要底物结合位点处的氨基酸多为极性氨基酸,将其突变为疏水性氨基酸时,突变体对变性底物的捕获能力显著增强.表面等离子共振研究表明,ATcpnβ对于化学变性底物的再折叠中间体的其捕获作用不依赖于Mg2+/ATP.前期对该伴侣素冷冻电镜观察和结构解析表明,ATP的存在并不能驱动ATcpnβ从开放构型向闭合构型转变,但是表面等离子共振研究表明,ATcpnβ对热变性过程中已经聚集的底物的捕获作用依赖于Mg2+/ATP,说明Mg2+/ATP可以介导ATcpnβ顶端结构域一定的构象变化,引起顶端结构域疏水残基的进一步暴露,从而能够与大分子聚集体紧密结合.两个方面的研究均表明,伴侣素蛋白与变性底物的结合仍然以疏水相互作用为主,并且伴侣素蛋白与变性底物的结合受Mg2+/ATP的结合调控,与伴侣素蛋白疏水面的暴露程度相关.     

分子伴侣及其在蛋白质折叠中的作用研究进展

蛋白质折叠是一个复杂的、动态的过程,蛋白质的折叠不是自发的,需要其他物质的帮助.了解分子伴侣在蛋白质折叠过程中的的作用,有助于进一步研究蛋白质折叠机制.本文介绍了分子伴侣及其分类,重点综述了各类分子伴侣在蛋白质折叠中的机制,并提出了研究分子伴侣在蛋白质折叠中的作用的重要意义.     

具有分子伴侣功能的抗体

蛋白质的折叠问题一直是生物学研究的前沿之一，蛋白质稳态平衡的破坏与衰老及很多神经退行性疾病的发病机理密切相关，而蛋白质的正确折叠与蛋白质稳态在很大程度上取决于分子伴侣参与构建的复杂网络。许多研究表明，抗体可以作为分子伴侣促进蛋白质的正确折叠，并阻止蛋白质的异常聚集，抗体所具有的严格底物特异性使其具备了治疗特定蛋白质折叠病、帮助包涵体复性等应用潜力。本文简要介绍了分子伴侣的研究进展，详细阐述了具有分子伴侣功能的抗体及单链抗体的研究进展，最后重点讨论了可抑制蛋白质聚集的抗体的研究近况。     

伴侣分子（GroE）纯化及其催化的重组蛋白质折叠反应

我们自Ｅ．ｃｏｌｉ细胞中纯化出ＧｒｏＥＬ和ＧｒｏＥＳ,对其有活性的分子状态和反应条件进行了探索,结果表明,只有在等摩尔的ＧｒｏＥＬ和ＧｒｏＥＳ以及１ｍｍｏｌ／ＬＡＴＰ和适当浓度的Ｋ＋存在时;才会有较高的催化折叠效率,它可使ｌｍｇ／ｍｌ的ＩＬ－２的正确折叠率由３０％提高到５８％,使ＩＬ－２和ＧＭ－ＣＳＦ的比活性提高１倍以上。它提高重组蛋白质正确拆叠率的关键是可以降低折叠过程中形成聚合体。     

分子伴侣

分子伴侣是最近十几年才发现的一类非常保守的蛋白家庭。它与酶的作用方式类似，能和某些不同的多肽链非特异性结合，催化介导蛋白质特定构象的形成，参与体内蛋白质的折叠、装配和转运，但又不构成其结构的一部分。这类保守的蛋白家族大致可分为四类，广泛存在于生物体中。其中研究得最多的是热休克蛋白。实际上，分子伴侣是一种蛋白质分子构象的协助者，主要参与蛋白质次级结构的形成。     

分子伴侣的功能和应用

本文综述了分子伴侣的分类、功能、作用机理、研究现状及应用前景。分子伴侣是在生物大分子的折叠、组装、转运及降解等过程中起协助作用,参与协助抗原的呈递和遗传物质的复制、转录及构象的确立,但自身并不发生任何变化的一大类广泛存在于生物体内的蛋白质分子。随着对分子伴侣的进一步研究和相关知识的不断深入,分子伴侣在生物产品开发、物种改良、抗衰老,疾病预防、诊断和治疗以及环境监测方面具有广阔的前景。     

分子内分子伴侣--Pro肽在蛋白质折叠中的作用

在体内,许多蛋白质,如很多胞外蛋白酶、某些多肽激素等都以含前导肽的前体形式合成,前导肽在蛋白质折叠中具有分子伴侣的功能。为了与一般意义上的分子伴侣相区别,人们将对蛋白质折叠有帮助的前导肽称为分子内分子伴侣,分子内分子伴侣帮助蛋白质在折叠过程中克服高的能量障碍,某些蛋白质的分子内分子伴侣甚至促进其在氧化性折叠中二硫键的正确配对。     

分子内分子伴侣机制的研究进展

在原核生物、真核生物及病毒中,一些蛋白质的折叠不符合Anfinsen原则,即依靠自身的氨基酸序列是不够的,还需一段被称为分子内分子伴侣(IMC)的肽段来协助折叠．根据机制不同,IMC可分为两类：第一类IMC引导成熟肽折叠为具有空间结构的蛋白质;第二类IMC协助成熟肽的多聚化而使其获得生物学功能．IMC能提供比分子伴侣更契合的结构,更有效地引导成熟肽折叠,是一种更优的折叠策略．研究IMC分子机制,不仅能够确定IMC上哪些残基的协同作用引导成熟肽折叠,而且可通过改变或修饰其侧链来改造成熟肽,拓展传统的蛋白质工程．     

分子伴侣(MolecularChaperones)与蛋白质的折叠

尽管几百种蛋白质的三维结构已研究得非常清楚,但这些蛋白质折叠成其天然构象的机制与途径仍有待于进一步的研究。有关于蛋白质折叠的一些体外实验确定,决定一个蛋白质三维结构的信息存在于蛋白质的多肽链之中。在体外,一定条件下,在没有任何其他蛋白质存更多还原在下,一些酶和蛋白质可以自我装配成天然构象[1,2].     

真核细胞伴侣素CCT及其与细胞骨架的关系

CCT(the chaperonin containing tailless complex polypeptide 1)是一种广泛存在于细胞浆中的异型寡聚蛋白,也是迄今为止真核细胞胞浆中发现的唯一伴侣素。目前认为大约15%的哺乳动物蛋白折叠需要CCT的参与,其中研究得最多的是肌动蛋白和微管蛋白。研究发现,CCT的异常会导致细胞骨架蛋白发生改变,甚至影响细胞骨架的形成与解聚。由此推测,一些细胞骨架相关疾病可能与CCT异常有关。     

蛋白质折叠与装配研究新进展

蛋白质折叠与装配成天然状态的机制,过去根据离体复性实验观察认为是自组装,而近几年来的研究表明体内蛋白质的折叠 与装配并非如此,而是常常依赖于其它辅助因子和ＡＴＰ水解供能,为辅助性组装。这些辅助因子基本可概括为分子内伴侣、酶类和分子伴侣三大类。     

人亲环素18抑制肌酸激酶的去折叠

新生肽链折叠过程中容易出现错误折叠与聚沉,从而导致折叠病等病理现象. 分子伴侣具有辅助其他蛋白质正确折叠,保护蛋白质分子结构的功能.本文选用人肌肌酸激酶为靶蛋白,研究了肽基脯氨酰顺反异构酶人亲环素18（human cyclophilin 18,hCyp18）对人肌肌酸激酶去折叠的作用,发现hCyp18能够抑制人肌肌酸激酶在热变性与化学变性过程中的失活与构象变化,并抑制人肌肌酸激酶在化学变性过程中的聚沉,因此推断hCyp18具有针对人肌肌酸激酶的分子伴侣功能.本文同时研究了hCyp18与人肌肌酸激酶的结合作用,对hCyp18的作用机制进行了初步探讨.     

玉米细胞质分子伴侣Hsp70的ATPase活性

玉米胚乳细胞中纯化的细胞质Ｈｓｐ７０蛋白有低水平的ＡＴＰａｓｅ活性,它在５０℃、ＰＨ５．８、２０ｍｍｏｌ／Ｌ的ＫＣｌ条件下活性最高,Ｃａ＾２＋和Ｍｇ＾２＋抑制其活性。大肠杆菌ＤｎａＪ蛋白能将玉米细胞质Ｈｓｐ７０的ＡＴＰａｓｅ活性提高６倍,而ＧｒｐＥ蛋白对其影响很小。８种不同的人工合成多肽均能刺激该蛋白折ＡＴＰａｓｅ活性,增加幅度从２．５倍到１０倍痫水性不同的氨基酸对Ｈｓｐ７０的ＡＴＰａｓｅ活性影响     

硫矿硫化叶菌P2分子伴侣基因的克隆表达及其性质

[目的]研究重组表达的硫矿硫化叶菌P2分子伴侣β亚基体外同源聚合体的结构和生化功能.[方法]利用PCR技术从硫矿硫化叶菌P2的基因组DNA中克隆得到分子伴侣β亚基的基因,将该基因克隆到表达载体pET-21a( )上并在大肠杆菌BL21(DE3)中实现了表达.对纯化后的β亚基单体进行体外聚合,利用透射电镜观察β分子伴侣的结构,并对其促蛋白折叠性质进行了研究.[结果]硫矿硫化叶菌P2分子伴侣β亚基基因在大肠杆菌BL21中实现了高效表达,纯化后的分子伴侣β亚基单体在ATP和Mg2 存在的条件下可自组装形成分子伴侣聚合体.透射电镜观察表明:该β分子伴侣具有Ⅱ型分子伴侣典型的双层面包圈结构,每个环由8个亚基构成.该β分子伴侣具有ATPase活性,最适反应温度为80℃;它不仅能够促进变性的绿色荧光蛋白(GFP)重新折叠,而且还能有效的提高木聚糖酶的热稳定性.[结论]本文根据P2基因组序列分析预测的分子伴侣基因设计引物,克隆表达了硫矿硫化叶菌P2分子伴侣的β亚基,纯化后对其进行体外聚合,透射电镜观察表明该聚合体具有Ⅱ型分子伴侣的经典结构,功能分析表明该β分子伴侣能够在体外促进异源蛋白质的折叠、提高其它酶分子的热稳定性.这为进一步深入研究嗜热古菌耐热抗逆的分子机制,奠定了良好的基础.     

基于HP模型的大麻素受体CB2折叠研究

Cannabinoid receptor Type 2(简称CB2)是大麻素受体的一种亚型,因为其无中枢神经副作用,不会产生成瘾性及耐受性,显示出了非常好的开发前景和潜在的应用价值。其作为免疫调节剂、神经保护剂和抗癌药等将具有巨大市场价值。目前,CB2蛋白的空间结构还未被测定出来,对于CB2的折叠问题研究也开展的较少,为了研究大麻素受体亚型蛋白CB2的折叠问题以及方便更多的研究人员对CB2空间结构和相关药理特性的研究,本文提出了一种基于HP模型的折叠求解方法。通过使用回溯机制和蒙特卡罗方法对此优化问题进行求解,算法可有效的在全局范围内进行寻找最优解,避免了掉入局部最优问题。实验结果表明,本文方法获取的CB2蛋白空间构象具有较低的能量值,折叠情况较好。