蛋白质二硫键异构酶—一种可能参与蛋白质生物合成的酶

蛋白质二硫键异构酶分布很广,种属间比较保守,定位于内质网膜上,组织分布、活力水平与含二硫键的蛋白质的合成平行,而且底物专一性很差,催化巯基二硫键交换,提示它可能参与蛋白质的生物合成。     

蛋白质二硫键异构酶家族的结构与功能

蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase,PDI）家族是一类在内质网中起作用的巯基-二硫键氧化还原酶.它们通常含有CXXC（Cys-Xaa-Xaa-Cys,CXXC）活性位点,活性位点的两个半胱氨酸残基可催化底物二硫键的形成、异构及还原.所有PDI家族成员包含至少一个约100个氨基酸残基的硫氧还蛋白同源结构域.PDI家族的主要职能是催化内质网中新生肽链的氧化折叠,另外在内质网相关的蛋白质降解途径（ERAD）、蛋白质转运、钙稳态、抗原提呈及病毒入侵等方面也起重要作用.     

二硫键与蛋白质的结构

二硫键是肽链上2个半胱氨酸残基的巯基基团发生氧化反应形成的共价键．具有链内二硫键和链间二硫键2种形式。与氨基酸的氨基氮原子之间形成的稳定共价键不同．二硫键容易被还原而断裂,断裂后可再次氧化重新形成二硫键,因而是可以动态变化的化学键。二硫键是参与一级结构也是形成高级结构的重要化学键,对蛋白质折叠和高级结构的形成与维持十分重要。讨论了二硫键的形成和特征及其与蛋白质结构和功能之间的关系,并讨论了生物学教学中关于二硫键的一些疑问．     

支持向量机方法预测蛋白质结构中的二硫键

在蛋白质结构预测的研究中,一个重要的问题就是正确预测二硫键的连接,二硫键的准确预测可以减少蛋白质构像的搜索空间,有利于蛋白质3D结构的预测,本文将预测二硫键的连接问题转化成对连接模式的分类问题,并成功地将支持向量机方法引入到预测工作中。通过对半胱氨酸局域序列连接模式的分类预测,可以由蛋白质的一级结构序列预测该蛋白质的二硫键的连接。结果表明蛋白质的二硫键的连接与半胱氨酸局域序列连接模式有重要联系,应用支持向量机方法对蛋白质结构的二硫键预测取得了良好的结果。     

蛋白质的氧化重折叠

经过近几十年来广泛而深入的研究,蛋白质氧化重折叠的机制已得到相当详细的阐明。1在已研究过的蛋白质中,大多数蛋白质都是沿着多途径而非单一、特定的途径进行氧化重折叠,这与折叠能量景观学说是一致的。2正是氨基酸残基间的天然相互作用而不是非天然的相互作用控制蛋白质的折叠过程。这一结论与含非天然二硫键的折叠中间体在牛胰蛋白酶抑制剂（BPTI）折叠中所起的重要作用并非相互排斥,因为后者仅仅是进行链内二硫键重排的化学反应所必需,与控制肽链折叠无直接关系。3根据对BPTI的研究,二硫键曾被认为仅仅具有稳定蛋白质天然结构的作用,既不决定折叠途径也不决定其三维构象。这一观点不适用于其它蛋白质。对凝乳酶原的研究表明,天然二硫键的形成是恢复天然构象的前提。天然二硫键的形成与肽键的正确折叠相辅相成,更具有普遍意义。4在氧化重折叠的早期,二硫键的形成基本上是一个随机过程,随着肽链的折叠二硫键的形成越来越受折叠中间体构象的限制。提高重组蛋白质的复性产率是生物技术领域中的一个巨大的挑战。除了分子聚集外,在折叠过程中所形成的二硫键错配分子是导致低复性率的另一个主要原因。氧化重折叠机制的阐明为解决此问题提供了有益的启示。如上所述,在折叠的后期,二硫键的形成决定于折叠中间体的构象,类天然、有柔性的结构有利于天然二硫键形成和正确折叠,具有这类结构的分子为有效的折叠中间体,最终都能转变为天然产物;而无效折叠中间体往往具有稳定的结构,使巯基、二硫键内埋妨碍二硫键重排,并因能垒的障碍不利于进一步折叠。因此,降低无效折叠中间体的稳定性使之转变为有效折叠中间体是提高含二硫键蛋白质复性率的一条基本原则,实验证明,碱性pH、低温、降低蛋白质稳定性的试剂、蛋白质二硫键异构酶、改变蛋白质一级结构是实现这一原则的有效手段。此外,这里还就氧化重折叠的基础和应用研究的前景进行了讨论。     

蛋白质二硫键异构酶的结构及抑制剂研究进展

蛋白质二硫键异构酶(PDI)可催化二硫键的形成、断裂和重排,并促进蛋白质折叠,对稳定蛋白质的三维结构至关重要. PDI的表达或酶活性的失调与一系列疾病如癌症、神经退行性疾病、血栓形成等密切相关.本文综述了PDI结构、与疾病的关系及其抑制剂的研究进展,并指出目前PDI抑制剂存在的问题及未来发展方向,以期为PDI抑制剂的进一步研究提供参考.     

三硝基甲苯对大鼠晶状体中可溶性蛋白质、巯基及二硫键含量的影响

我们采用三硝基甲苯（ＴＮＴ）与大鼠晶状体体外培养的方法,动态观察了晶状体中可溶性蛋白质、非蛋白质巯基、蛋白质巯基、蛋白质结合巯基及二硫键含量的变化,发现随着三硝基甲苯作用时间的延长,可溶性蛋白质、非蛋白质巯基及蛋白质巯基均减少,蛋白质结合巯基及二硫键交联的蛋白质含量增加,其中可溶性蛋白质、非蛋白质巯基及二硫键含量的变化皆达到了统计学上显著意义水平（Ｐ＜０．０５）。     

正常与患白内障大鼠晶状体中脲溶性蛋白质性质的研究

本文研究了正常及三种类型白内障大鼠晶状体中脲溶性蛋白质的含量及性质的变化,发现在每种类型白内障晶状体中,水溶性蛋白质均减少,水不溶性蛋白质则都相对增加。经SephadexG-200柱层析及SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳发现,晶状体中脲溶性蛋白质主要是由二硫键交联而成的高分子聚合物。经巯基乙醇还原后,绝大部分高分子聚合物可分解成低分子量蛋白质,其分子量与水溶性的γ晶体蛋白相同。这提示晶状体中脲溶性蛋白质的主要成分很可能是以二硫键交联而成的γ晶体蛋白聚合物。此结果与本实验室所得白内障晶状体水溶性蛋白质的变化相吻合。     

蛋白质二硫键异构酶的纯化和活力测定

 从500g新鲜牛肝制得蛋白质二硫键异构酶(PDI,EC 5.3.4.1)98mg。该酶制剂在SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳中表现为亚基分子量62,000的均一条带。在260nm追踪,因二硫键错接而失活的牛胰核糖核酸酶A,经PDI作用使其二硫键重排恢复活力,从而催化酵母RNA的水解来测定PDI活力。这种单波长法比文献中介绍的追踪A_(260)—A_(280)的双波长法更为灵敏方便。酶的克分子消光系数ε_M=1.03×10~5(pH7.5),其比活性为1400单位/克蛋白质。     

蛋白质中二硫键附近肽段识别规律研究

本文对蛋白质中二硫键附近的残基进行了计算机统计分析,结果发现平行和反平行残基间存在着特异的配对规律。这种残基间的相互作用或识别,可能与蛋白质折叠过程中正确地形成二硫键有关。该结果有助于蛋白质工程设计。     

蛋白质在大肠杆菌间周质中的折叠

随着分子伴侣的发现和外源基因表达技术的发展 ,大肠杆菌间周质蛋白质的折叠成为研究热点。间周质 (ｐｅｒｉｐｌａｓｍ)是革兰氏阴性菌内膜与外膜之间的区域 ,对外界环境变化的适当能力很脆弱 ,例如ｐＨ、温度、渗透压[1] 。重组技术表达的重要蛋白质大多含有二硫键 ,二硫键的形成在真核生物是在内质网中完成的 ,而大肠杆菌是在间周质中进行的。催化大肠杆菌间周质蛋白质折叠会遇到两个限速步骤 ,被两类酶催化 :二硫键氧化还原酶 (Ｄｓｂ)和肽酰 脯氨酰顺反异构酶 (ｐｅｐｔｉｄｙｌ ｐｒｏｌｙｌｃｉｓ ｔｒａｎｓｉｓｏ ｍｅｒａｓｅ ,…     

半胱氨酸氧化还原状态的协同性

以2002年4月份的Culled Protein Data Bank数据库中的639条蛋白质多肽链为研究对象,统计分析了其含有的584条二硫键的形成特征,发现半胱氨酸氧化还原状态表现出明显的协同性现象：含有二硫键的蛋白质中几乎所有的半胱氨酸都以氧化态形式存在。这一协同性可以通过蛋白质全局水平上的20种氨基酸组分的百分含量很好地加以说明,由此来预测半胱氨酸的氧化还原状态准确率最高可达84．5％。结果表明半胱氨酸是否形成二硫键主要取决于蛋白质全局的而非局部的结构信息。     

一种工程二硫键设计的计算机辅助程序

通过理论预测蛋白质中潜在的合理突变位点是蛋白质分子设计的一个重要方面。根据目前己知晶体结构的二硫键的立体化学规律,从空间几何关系出发,编制了辅助工程二硫键引入的程序,并对150个己知结构的二硫键进行检验,取得了令人满意的结果。     

蛋白质二硫键异构酶相关蛋白A的表达及性质的研究

克隆了Aspergillus niger T21中的蛋白质二硫键异构酶相关蛋白A（PRPA）基因,并将它插入pET23b表达载体。在E. coli中表达时,PRPA占菌体总蛋白的34%。经过超声破细胞、硫酸铵分级沉淀和离子交换层析获得了纯度大于90%的重组蛋白。PRPA有二硫键异构酶活性。在PRPA存在下,变性和还原的溶菌酶复性率和复性速度降低,电泳结果表明溶菌酶聚集增多。荧光结果表明PRPA表面有较多的疏水基团。     

圆二色光谱在蛋白质结构研究中的应用

近几年来,圆二色光谱在蛋白质结构研究中的应用越来越广泛。通过对远紫外圆二色光谱的测量,可以推导出稀溶液中蛋白质的二级结构,进而分析和辨别蛋白质的三级结构类型;通过对近紫外圆二色光谱的测量和分析,可以推断蛋白质分子中芳香氨基酸残基和二硫键的微环境变化,研究介质与蛋白质结构间的关系;通过测定实验参数和环境条件变化时的圆二色光谱,可以研究蛋白质构像变化过程中的热力学和动力学特性。     

人蛋白质二硫键异构酶Cdna基因的克隆及在大肠杆菌中的表达

从人胚胎肝组织中分离纯化出总RNA,在总RNA中提取mRNA,经逆转录得到cDNA第一条链,并以之为模板和相应寡聚脱氧核苷酸为引物．进行PCR合成人蛋白质二硫键异构酶(Proteim disulfide isomerase,PDI)cDNA基因,将所得cDNA克隆到质粒pUCl8上,转化大肠杆菌DH5a细胞,进行诱导表达筛选和活性筛选。将筛选的基因克隆到载体pBV220上,在大肠杆菌细胞中表达,产物以溶解形式在胞浆中表达。表达产物经硫酸铵分级沉淀和DEAE Sepharose Fast Flow柱层析分离,产物的纯度与活性分别为90％、1100u／g。     

层析辅助体外复性含有多对二硫键的融合蛋白质

为建立一种基于阴离子交换介质辅助的含多对二硫键的抗凝溶栓双功能水蛭素12肽-瑞替普酶融合蛋白质 (HV12p-rPA) 的复性方法,采用Q Sepharose XL作为层析复性介质,通过正交实验考察蛋白质上样量、流速、脲梯度、洗脱液中精氨酸浓度、脲浓度、pH、还原型及氧化型谷胱甘肽等因素对复性过程的影响,探索最佳层析复性条件。结果表明：脲梯度、上样量及精氨酸浓度是影响复性的3个主要因素。脲梯度是复性成功的关键,上样量增大时复性蛋白质比活降低,精氨酸辅助HV12p-rPA复性的最佳浓度为1 mol/L。创建了脲、pH双梯度下的阴离子交换层析辅助HV12p-rPA的复性方法,复性后蛋白质的溶栓比活达到46 520 IU/mg,抗凝比活达到9 980 ATU/mg,与稀释复性方法相比,该方法能使复性蛋白质的溶栓比活提高14~15倍,抗凝比活提高7~8倍。     

玉米蛋白质二硫键异构酶（PDI）基因的特征和表达

蛋白质二硫键异构酶（PDI）对蛋白的折叠和二硫键的形成起重要的作用.此外,PDI还执行许多其他的生物功能,是1个多功能酶. 本文通过研究玉米中1个PDI基因的特征和表达,探讨它的功能作用. 玉米中的PDI基因编码513个氨基酸.同源分析表明,该基因和水稻、小麦的PDI基因聚为一类,有很高的蛋白相似性.蛋白结构分析表明,该基因具有明显的PDI基因的结构特点,包括硫氧还蛋白活性位点(CGHC)以及内质网定位信号(KDEL).Northern杂交分析显示,该基因在发育种子的表达量高,同时受干旱、冷、ABA和盐等逆境胁迫诱导表达.PDI与GFP融合表达研究基因的亚细胞定位,表明该基因定位在除细胞膜外的细胞质和细胞器上.     

人蛋白二硫键异构酶的纯化及其抗血清制备

人蛋白二硫键异构酶的纯化及其抗血清制备吴秉毅,冯桂湘,吕静,张帆,冯永清,王福琴（第一军医大学珠江医院广州５１０２８０）关键词蛋白二硫键异构酶,分离与纯化,抗血清制备二硫键在维持蛋白质的空间结构、生物学活性中起重要作用。二硫键的形成是蛋白质翻译后修饰...     

枯草芽孢杆菌中一个受二硫键还原剂诱导并与伸长因子Tu同源的蛋白质

分析了β-巯基乙醇（β-ME）和二硫苏糖醇（DTT）对枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis细胞蛋白质组分的影响。在LB培养基中,β-ME和DTT处理能诱导一个50kD蛋白质（P50）的合成。在正常生长条件下P50是一个组成性（constitutive）成的细胞质蛋白质。热激也能诱寻P50,但是孢子形成（sporulation）不能诱导P50。在Schaeffer孢子形成培养基中,β-ME和DTT都不能诱导P5O,表明二硫键还原剂诱导P50的能力依赖于特定的生理条件。用VS蛋白酶有限降解P50,得到4个主要的多肽片段,测定了其中两个片段的N-端氨基酸序列。同源性检索发现P50高度同源于蛋白质合成的伸长因子Tu。