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分子伴侣的研究进展姓名：学号：班级：分子伴侣的研究进展XXX（XXX，XXX，XXX）摘要：分子伴侣是细胞内一类能够协助其他多肽进行正常折叠、组装、转运、降解的蛋白。近年来，科学家对分子伴侣的研究取得了很大的进展。本文介绍了分子伴侣的分类、结构和功能方面的研究进展，并对分子伴侣的应用前景进行了展望。关键词：分子伴侣，分类，功能，应用前景ProgressonMolecularChaperoneXXX(XXX,XXX,XXX)Abstract:Molecularchaperoneisakindofproteininthecell,whichcouldassistotherpolypeptidesinfoldingnormally,assembling,transportinganddegradation.Recently,scientistshavemadegreatprogressonthestudyofthemolecularchaperone.Thisarticledescribestheprogressofmolecularchaperoneonclassification,structureandfunction,andmakesprospectforthemolecularchaperoneinthefuture.Keywords:molecularchaperone,classification,function,prospect1978年，Laskey发现DNA和组蛋白在体外生理离子强度条件下重组时，必须有一种细胞核内的酸性蛋白一核质素(nucleoplsmin)存在，二者才能组装成核小体，否则就生成沉淀，他给帮助核小体组装的酸性蛋白起名为“Moleculachaperone”，即分子伴侣。1980年，R.J.ELLis在研究叶绿体内的核酮糖1,5-二磷酸羧化酶-加氧酶（Ribulosel,5-lisphosphatecarboxylase-oxygenase,Rubisco)时发现叶绿体中合成的八个大亚基和细胞质中合成的八个小亚基都必须先和一种蛋白质组合后，才能在叶绿体内组装成有活性的Rubisco酶分子，并于1986年提出Rubisco结合蛋白可能是核质素之后的第二个分子伴侣，1987年，Ellis提出了普遍意义上帮助新生肽链折叠的分子伴侣。1993年，Ellis对分子伴侣做了更为确切的定义：即分子伴侣是一类相互之间有关系的蛋白，它们的功能是帮助其他含多肽结构的物质在体内进行正确的非共价的组装，但并不构成被帮助的蛋白质的组成部分【1】。经过几十年的研究，分子伴侣的概念已经扩大为：在生物大分子的折叠(folding)、组装(assembly)、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；参与细胞周期调控、抗衰老、凋亡调控等，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。1分子伴侣的分类分子伴侣本身不包括控制正确折叠所需要的构象信息，而只是阻止非天然态多肽链内部的或相互间的非正确相互作用，因而它们能提高折叠反应的产率而不一定能提高其速率【2】。根据刘慧萍等的分类【3】，分子伴侣主要分为以下几类:1.1伴侣素家族(Charperonin,Cpn)Cpn家族具有独特的双层7-9元环状结构的寡聚蛋白(Hemminngwen;cheng1998)，它们以依赖ATP方式促进体内正常和应急条件下蛋白质折叠。Cpns又可分为两组:GroE1(Hsp60)家族和Tris家族。GroE1的Cpn由双层7个亚基形成圆环组成，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，协同作用帮助蛋白质。这些蛋白质一般是应急反应诱导的，人们对GroE和GroEs的结构、功能及作用机理作了详细研究。Tris型的Cpn是由双层8或9元组成，亚基分子量约为55k，该种Cpn没有类似的辅助因子。1.2热休克蛋白70家族由于该家族是进化上最保守的蛋白质之一，在应用上具有广阔的前景，因此是研究最多的家族。Hsp70结构由两部分组成，一部分主要由一个N端高度保守的44ku的三磷酸腺疳酶(ATPase)功能域(ATPbindingdamain)；另一部分由一个分子质量为25ku的C端区域组成。N端ATPase功能域的结构类似于凝聚素和己糖激酶，主要由两个大的球形亚功能域I和II组成，其间被一个深的中央裂缝分开，并通过2个交叉的α螺旋相连接；亚功能域和连接的α螺旋和裂缝的底部形成一个核苷酸及所需的Mg2+和K+的结合袋，核苷酸经过与两个磷酸结合环和一个疏水腺苷的相互作用而定位在活性部位[4]，并与HSC70侧链结合的Mg2+相联系。C端区域又分一个保守的15ku的多肽的结构功能域和一个不保守的靠近C端的10ku可变区功能域，zhu等在1996年研究表明Dnak(HSC70)底物结合功能域和端分可变区域重组片段的结构主要由两部分组成，第一部(N端)折叠或一个紧密的β三明治（β-sandwich)结构。第二部分(C端)由5个α螺旋组成，形成一个松弛的α螺旋结构。松弛构象的多肽结合在由β-三明治结构形成的底物结合通道中，而α螺旋部分位于多肽结合单位之上，象一个盖子覆盖在结合通道上面，而不与底物直接接触，所以能阻止结合底物的逃脱。1.3热休克蛋白90家族热体克蛋白90家族(Hsp90family），分子量在90ku左右。Hsp90可以与脑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。Hsp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、介导了这与分子在与非活性与活性之间的转化。1.4其他种类的分子伴侣包括核质数、T受体结合蛋白(TRAP）、大肠杆菌的SecB和触发因子(triggerfactor)及PapD、噬菌体编码的支架蛋白(scaffoldingproteins)等【5】。2分子伴侣的功能现阶段关于分子伴侣的研究已经取得了重大的进展，对分子伴侣促进生物大分子的折叠、组装、转运及降解等机制也有了一些突破。特别是对热休克蛋白的形态、结构、功能等的研究。2.1分子伴侣参与生物机体的应激反应分子伴侣中除少数成员外，大部分均可被高温或低温以及乙醇、亚砷酸盐、重金属等诱导合成，它们使生物体逆境耐受力大大增强。生物体在恶劣的环境下，如高温、干旱等细胞中会出现变性蛋白，Hsp70会与变性蛋白结合以防止其凝聚，还能修复受损或变性的蛋白，促使蛋白质的折叠。当变性蛋白出现时，细胞中就需要合成更多的Hsp70与变性蛋白结合，变性蛋白越多，需合成的Hsp70就越多，结果导致Hsp70在受威胁细胞中高表达，也就是说，在植物的Hsp70高表达时植物就能抵抗高温、干旱的威胁，否则细胞就会死亡【6、7】。用人类的Hsp70基因转化的鼠细胞和猴细胞，其耐热能力明显提高。免疫荧光标记法(immuno-fluorescencetechnique)确定真核生物的Hsp70集中在膜、核质和核仁中，同时在酵母无细胞提取液中纯化的Hsp70可以修复因热诱导被破坏的核功能【8】。可见，分子伴侣在热激反应中的作用首先是恢复细胞转录和翻译的机能。2.2分子伴侣参与生物大分子的折叠和组装所有的分子伴侣家族都具有帮助生物大分子(主要是蛋白质)折叠和组装的功能【9】。在新生肽链一边合成一边折叠的过程中，或在变性蛋白质复性过程中，会形成一些折叠中间体。而折叠过程是一个通过折叠中间体的正确途径与错误途径相互竞争的过程。分子伴侣的功能就是提高蛋白质的合成效率，帮助正确途径的竞争机制。根据Levinthal在1968年提出的假设，一个含100个氨基酸残基的蛋白质，如果每个残基可采取三个不同的位置，其构象总数为3100即5X1047。如果一种构象变为另一种构象，所需时间为10~13秒，那么总共所需时间为5X1034秒，即1.6X1027年。而在生物机体内，因为有分子伴侣的参与，折叠和组装的速率和效率大大提高，使实际的时间为1秒至几分钟。他还认为，蛋白质的折叠是一种积累选择(cumulativeselection)机制，就是每次搜索时把正确折叠的那部分结构保留下来，形成一系列连续的局部折叠中间体，因此蛋白质折叠能迅速完成，在这个过程之中分子伴侣起重要协助作用【10】。在体液中，肽链形成天然构象或亚基装配成复合物之前，本应包埋在蛋白质中心的疏水区瞬间暴露而易错误折叠或聚集形成不正确的产物；分子伴侣识别这些未折叠的肽链和未组装的亚基，与它们形成复合物，防止错误折叠或聚集成包涵体(inclusionbody)。如Hsp70家族惟一定位在内质网中的结合蛋白(bindingprotein,Bip)，它能够识别内质网蛋白的信号序列(signalsequence)。Bip蛋白具有ATP酶活性，能够水解ATP提供其作用于蛋白质折叠所需的能量【11】。2.3分子伴侣参与生物大分子的转运和定位分子伴侣与新生肽链结合，阻止新生肽链折叠成天然构象或聚集，使新生肽保持能够跨膜转运出去的分子构象，即不折叠或部分折叠，并且不被细胞内蛋白酶水解，利于跨膜转运。分子伴侣介导线粒体蛋白跨膜转运。在细胞质中合成的线粒体蛋白质必须穿越线粒体膜到达其行使功能的部位。跨膜转运(translocation)过程是单向进行的。完成这一单向转运过程需要分子伴侣，它们能解开细胞质内前体蛋白(precursor)折叠的结构域，牵拉多肽链穿膜而过，最后再帮助已进入基质的肽链重新折叠。水解ATP所释放的能量用以帮助解折叠及跨膜完成后蛋白质与分子伴侣复合物的分离。线粒体基质Hsp70(mHsp70)可与已进入线粒体腔的导肽交联。一旦前体蛋白进入线粒体腔，立即有一分子的mHsp70结合上去，这样就防止导肽退回细胞质。随着肽链进一步伸入线粒体腔，肽链会结合更多的mHsp70分子，mHsp70分子可拖拽肽链，mHsp70以一种高能构象结合导肽转变为低能构象，促使导肽进入线粒体腔，并迫使后面的肽链解链进入转运孔道【12】。另外，在网格蛋白包被小泡(coatedvesicle)形成过程中也需要分子伴侣协助【13】。2.4分子伴侣参与遗传物质的复制转录及生物信号转导在体外试验中，核酸衣壳(nucleocapsid,NC)蛋白可与单链DNA,RNA以及双链DNA结合【14】。NC蛋白可以消除RNA模板的二级结构，有效地减少反转录过程受阻的现象，增加全长cDNA合成效率。2.5分子伴侣参与细胞器和细胞核结构的发生真核生物的许多细胞器，如线粒体、叶绿体、溶酶体、过氧化物酶体等，它们只具有很少或者不具有遗传物质，它们在形成过程中所需的蛋白质大多或全部由核基因编码，在细胞质中合成，再转运到目的细胞器中进行折叠加工，并参与组装成完整的细胞器，在这个过程中涉及蛋白质的转运与定位以及折叠和组装。这些都需要分子伴侣的参与。2.6分子伴侣参与细胞骨架的组装肌动蛋白和微管蛋白是细胞骨架(cytoskeleton)的主要组成成分，在真核细胞胞浆中含量极其丰富。CCT(thechaperonincontainingtaillesscomplexpolypeptidel)是一种广泛存在于细胞胞浆中异型寡聚蛋白，在肌动蛋白、微管蛋白的组装和折叠中发挥重要作用，CCT构象顶端结构域的螺旋突出物，执行了分子伴侣功能。CCT底物蛋白变构后形成单链，进入CCT一侧环中间，并与亚基顶端结构域的疏水区域相结合，形成底物蛋白-CCT复合物；该复合物与ATP结合后，ATP水解释放能量，依次改变了CCT螺旋突出物、顶端结构域的构象，同时带动环内蛋白质构象的改变，从而完成蛋白质的折叠组装，这是一种消耗能量的主动折叠机制【14】。2.7分子伴侣参与细胞周期与凋亡的调控Hsp70现在被认为是一种抗凋亡蛋白，其作用机制比较复杂。有文献表明Hsp70的抗调亡作用与其对压力应激酶的抑制作用有关，而JNK激酶