微生物冷休克蛋白的生理功能及其潜在应用

冷休克反应是普遍存在于微生物体内的一种适应环境温度骤降的应答机制,而氨基酸序列高度保守的冷休克蛋白则是调控冷休克反应的重要因子。越来越多的研究表明,冷休克蛋白除了调控冷休克反应外,还参与调控了生物体多个性状,如宿主正常生长和分化、病原菌的侵袭力和致病性以及宿主对多种逆境（高渗透压、抗生素）的应答。综述了冷休克蛋白及其来源、其参与调控的生理性状和基于冷休克反应及冷休克蛋白的应用,以期为发酵条件优化、食品储藏、致病菌抑制以及作物性状改良等方面提供有益参考。     

冷适应微生物产生的冷活性酶

冷适应微生物 (Ｃｏｌｄａｄａｐｔｅｄｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍ)包括嗜冷菌和耐冷菌。嗜冷菌可在 0℃生长 ,其最适和最高生长温度分别低于 1 5℃和 2 0℃。耐冷菌可在 0℃～ 5℃生长繁殖 ,其最适和最高生长温度分别低于2 0℃和 35℃。冷适应微生物通过产生冷活性酶 (Ｃｏｌｄ ａｃｔｉｖｅｅｎｚｙｍｅ)来调节它们的代谢活动并以此来适应低温环境。依Ｆｅｌｌｅｒ( 1 996)提出的定义 ,冷活性酶具有如下特征 :1 酶活性曲线作为温度的函数趋向于低温 ;2 在低温范围内 ( <40℃ )酶的转换数 (ｋｃａｔ)或生理系数 (ｋｃａｔ/Ｋｍ)高于来自…     

食品中低温微生物的适冷机制研究进展

低温贮藏是延长食品货架期、维持食品鲜度和质量安全的重要方法,然而仍有部分微生物能适应低温环境,使食品发生腐败变质。主要从细胞膜、适冷酶、冷休克蛋白、冷适应蛋白、代谢水平及低温防护剂等角度阐述国内外食品中低温微生物适冷机制的研究进展,为低温微生物在食品领域的应用与防护提供参考。     

大肠杆菌冷休克蛋白CspC的分离纯化及部分性质测定

经Sepharose Q Fast Flow阴离子交换层析和Superdex 30凝胶过滤层析,从大肠杆菌（Escherichia coli）细胞内分离纯化了一种小分子蛋白质，SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)纯度鉴定为单一条带，经质谱分析、N端测序、同源序列比较，确定该蛋白质为大肠杆菌冷休克蛋白CspC.在此基础上，用圆二色光谱测定了其二级结构含量，初步探索了其热稳定性及与单链DNA结合后的构象变化.     

大肠杆菌冷休克蛋白CspC的分离纯化及部分性质测定

经Sepharose Q Fast Flow阴离子交换层析和Superdex 30凝胶过滤层析,从大肠杆菌(Escherichia coli)细胞内分离纯化了一种小分子蛋白质,SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)纯度鉴定为单一条带,经质谱分析、N端测序、同源序列比较,确定该蛋白质为大肠杆菌冷休克蛋白CspC.在此基础上,用圆二色光谱测定了其二级结构含量,初步探索了其热稳定性及与单链DNA结合后的构象变化.     

热休克蛋白的产生,分布及功能

生物体在各种应激条件下,诸如高温、缺氧、机体损伤、接触某些重金属离子和其它化学物质时,都可能引起的一种生理效应,称之为“热休克反应”(heat shock response)。在热休克反应过程中,细胞内正常蛋白质合成关闭,热休克基因(heat shock gene)的转录被激活,并诱导产生一组特殊蛋白质——热休克蛋白(heat shock proteins,HSP)。     

昆虫冷驯化机制研究进展

昆虫耐寒性强弱决定其种群的发生、扩散和分布,因此低温胁迫下昆虫的抗寒对策成为近期研究的热点领域。冷驯化作为一种非常有效的耐寒策略,可显著增强昆虫的耐寒性。本文论述了冷驯化的2种基本形式:快速冷驯化和长时冷驯化,明确了二者在提升昆虫耐寒性中的作用;并从宏观到微观的角度概述了冷驯化的作用机制,如组织和细胞水平的特异性,低分子量抗冻保护剂的产生,热休克蛋白的表达及功能,以及阻止细胞程序性死亡的潜在机理等;讨论了不同研究方法所引起的结果差异性,并强调了冷驯化作用机制的整体效益和综合效益。最后通过分析2种冷驯化形式的联系与区别,以期较为全面地阐明昆虫冷驯化的潜在机制。     

植物冷激蛋白的研究进展

冷激蛋白是存在于细菌、植物与动物中的一类高度保守的核酸结合蛋白,其通过RNA分子伴侣活性参与转录、翻译及生长发育和逆境胁迫应答等细胞生理活动。本文主要从植物冷激蛋白的结构、表达模式、生物学功能以及应用前景等几个方面介绍了植物冷激蛋白的研究进展。     

热休克蛋白的生物学作用和转录水平调控研究进展(英文)

热休克蛋白 (HSP)具有广泛的生物学功能 ,其表达方式有两种 :一种是诱导性表达 ,即当生物、细胞受到刺激时才进行表达 ;另一种是组成性表达 ,即在生物、细胞的正常生活、代谢过程中表达。HSP的这两种表达方式意味着HSP基因表达的调控方式和机理不同。本文简要介绍了热休克因子(HSF)的种类、结构及调控HSP基因表达的机理。HSF通过以下 4个步骤调节HSP基因表达 :( 1 )HSF由单体形式变成磷酸化的三聚体形式被激活 ;( 2 )三聚体形式的HSF与HSP基因的热休克元件(HSE)上相邻排列的 3个 5′ GAA 3′结合 ;( 3)与HSF结合后 ,HSE的活化域暴露 ,HSP基因转录 ;( 4 )HSP的mRNA 5′端前导区的特异结构适合于核糖体快速结合和高效翻译。不同生物体内的HSF作用有一定差异 ,功能较为明确的有 :( 1 )对应激信号敏感的HSF1 ;( 2 )对应激信号不敏感 ,对生长、发育、分化信号敏感的HSF2 ;( 3)起抑制HSP基因转录作用的HSF4。还有一些HSF(如HSF3)的作用机制较复杂 ,有待深入研究。此外 ,本文也简要介绍了HSP在衰老、免疫应答、细胞生存和凋亡平衡等中的作用 ,对了解和认识生物生长、发育、衰老、保护、免疫应答及细胞生存和凋亡平衡的分子机制有一定帮助。     

热休克蛋白(HSPs)在胚胎发育中作用的研究进展(英文)

在胚胎发育,特别是早期胚胎发育时期,基因转录活跃,蛋白质大量合成,细胞的增殖和分化非常剧烈,细胞的环境在不断变化,细胞对外界刺激十分敏感。这个时期的ＨＳＰｓ变化和作用表现得非常突出。 本文简要总结了近十年有关热休克蛋白在胚胎发育中作用的研究成果。根据胚胎发育对ＨＳＰｓ的依赖性、ＨＳＰｓ基因表达的发育阶段特异性和组织特异性、干扰胚胎发育中ＨＳＰｓ表达程序以后导致胚胎异常发育等现象推测：（１）热休克基因通过参与和／或调控体形形成、肌肉及神经分化,而在胚胎发育中具有看家基因的功能;（２）热休克蛋白作为伴侣分子,通过介导新合成的和／或可逆变性的蛋白质正确折叠、装配、转运及促进不需要的和／或不可逆变性的蛋白质降解,参与胚胎的正常发育和保护胚胎不受不良刺激的影响。这方面的深入研究,必将有助于阐明胚胎发育、细胞增殖、细胞分化和去分化、细胞转化、生物适应性等的分子机理。     

冷激蛋白的研究进展

冷激蛋白（CSPs）广泛存在于革兰氏阳性菌和阴性菌中,它是细胞在应对冷刺激时所产生的一系列7 ku左右的蛋白质,结构上富含芳香族氨基酸,起着重要的分子伴侣作用,能够增强细胞抵御冷激环境胁迫的能力.以大肠杆菌、枯草杆菌、嗜热链球菌、沙门氏杆菌等为例,介绍各种冷激蛋白在产生、结构、调控等方面的异同,以及它在生产、生活中的应用价值.     

Heat Shock Protein Produced by Helicobacter pylori

The cells of Helicobacter pylori were suspended in the medium containing³⁵S-methionine. After a heat shock of the cells at 42 C for 5, 10, and 30 min, the production of proteins was analyzed by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis and autoradiography. Out of many proteins produced by the cells, only 66 kDa protein production was dramatically increased by heat treatment. The N-terminal amino acid sequence of 66 kDa protein was quite similar to that of 62 kDa and 54 kDa proteins previously suggested as heat shock protein (HSP) of H. pylori based on the reaction with polyclonal and monoclonal antibodies against HSP 60 family proteins produced by other bacteria. Therefore, it was concluded that H. pylori produces the 66 kDa protein as its major heat shock protein which belongs to HSP 60 family.     

几种热激蛋白在细胞凋亡信号通路中的调控作用

热激蛋白(heat shock proteins, HSPs)作为进化保守的蛋白家族 之一,普遍存在于各种生物体中,并在生物体内发挥着重要的生理功能.大 量的实验证据表明,热激蛋白与细胞凋亡密切相关,参与细胞凋亡信号通 路的多个环节. 近年来有关该领域的研究已获得了重要的突破与进展.一方 面,热激蛋白主要起着抑制细胞凋亡、促进细胞存活的作用;另一方面, 某些热激蛋白又能够作为凋亡蛋白的分子伴侣,促进细胞凋亡,比如HSP70 能够激活DNase来促使细胞凋亡,线粒体内HSP60能够促进caspase依赖的细 胞凋亡途径.本文在阐明细胞凋亡信号通路的基础上,综述了近年来几种不 同热激蛋白家族（HSP90、 HSP70 、HSP60和小分子HSPs）在细胞凋亡调控 中作用的研究进展,重点阐述了几种主要热激蛋白与细胞凋亡信号通路上 相关因子的相互作用,并绘制了热激蛋白在细胞凋亡信号通路中的调控图 ,为进一步完善细胞凋亡调控网络研究提供一定的参考.     

热休克蛋白对细胞凋亡的调控作用

热休克蛋白属于细胞内分子伴侣蛋白,除涉及细胞内一些蛋白质分子构象和稳定性的调节之外,热休克蛋白对细胞应激、代谢、增殖以及凋亡等生理过程均具有重要的调控作用。研究表明热休克蛋白对细胞凋亡的调控机制是复杂的,可直接作用于与凋亡相关的蛋白质,也可以通过影响细胞信号传递而间接影响凋亡的发生。由于热休克蛋白对细胞凋亡的调控机制大多依赖于其分子伴侣功能,阻断热休克蛋白的伴侣功能已经成为研究药物诱导肿瘤细胞凋亡的重要靶点。     

An electrostatic basis for the stability of thermophilic proteins

Two factors provide key contributions to the stability of thermophilic proteins relative to their mesophilic homologues: electrostatic interactions of charged residues in the folded state and the dielectric response of the folded protein. The dielectric response for proteins in a "thermophilic series" globally modulates the thermal stability of its members, with the calculated dielectric constant for the protein increasing from mesophiles to hyperthermophiles. This variability results from differences in the distribution of charged residues on the surface of the protein, in agreement with structural and genetic observations. Furthermore, the contribution of electrostatic interactions to the stability of the folded state is more favorable for thermophilic proteins than for their mesophilic homologues. This leads to the conclusion that electrostatic interactions play an important role in determining the stability of proteins at high temperatures. The interplay between electrostatic interactions and dielectric response also provides further rationalization for the enhanced stability of thermophilic proteins with respect to cold-denaturation. Taken together, the distribution of charged residues and their fluctuations have been shown to be factors in modulating protein stability over the entire range of biologically relevant temperatures.     

残基突变对冷休克蛋白热稳定性影响的计算分析研究(英文)

残基突变是提高蛋白质热稳定性最直接有效的方式。在本文中,我们选取一对冷休克蛋白质作为研究对象,其中一个来自嗜温的Bacillus subtilis(Bs-CspB),另一个来自嗜热的Bacillus caldolyticus(Bc-Csp),这两个蛋白质在序列和结构上具有高度的相似性,但两者的耐热能力却相差很大。我们利用全原子模型计算残基突变前后蛋白质的自由能和氨基酸之间相互作用能的变化,分析残基突变对冷休克蛋白热稳定性的影响。通过对比两个蛋白质对应位置上残基的能量,我们成功鉴别出对Bc-Csp的高热稳定性有突出贡献的残基。我们计算了这些残基突变前后,该残基的静电相互作用和范德华相互作用的变化,以分析该残基对Bc-Csp高热稳定性的主要贡献。同时,我们分析了离子键对蛋白质热稳定性的贡献。我们的计算结果和实验结果吻合得很好,关键在于利用该方法可以详细地说明残基突变影响蛋白质热稳定性的根本原因。本文为研究残基突变对蛋白质热稳定性的影响提供了一种计算思路和方法,并有助于设计具有高耐热能力的蛋白质。