微生物分子伴侣.ppt

分子伴侣在细胞内的分布[3]
五、分子伴侣的生理作用
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， 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、 温或低温以及乙醇、亚砷酸盐、重金属等诱导合 它们使生物体逆境耐受力大大增强。 成，它们使生物体逆境耐受力大大增强。例如大 肠杆菌在42℃条件下预处理5min 将明显提高其 肠杆菌在 ℃条件下预处理 在50℃的存活率；而大肠杆菌中如果 ℃的存活率；而大肠杆菌中如果DnaK 基因 缺失严重，将会降低细胞在30℃下生长速度， 缺失严重，将会降低细胞在 ℃下生长速度，在 40℃细胞生长则完全被抑制 [4] 。 ℃
线粒体蛋白跨膜转运过程图解[5]
4、分子伴侣参与遗传物质的复制转录 、
在体外试验中，核酸衣壳蛋白可与单链 在体外试验中，核酸衣壳蛋白可与单链DNA、 、 RNA 以及双链 以及双链DNA 结合 。这种分子伴侣是与 结合[6]。 DNA相结合并帮助 相结合并帮助DNA折叠的。DNA与蛋白的这 折叠的。 相结合并帮助 折叠的 与蛋白的这 种相互作用对DNA的转录、复制以及重组都十分 的转录、 种相互作用对 的转录 重要。 在溶液中的结构有相当的刚性， 重要。DNA在溶液中的结构有相当的刚性，必须 在溶液中的结构有相当的刚性 克服一个能障才能转变成它在蛋白复合物中的结 分子伴侣的作用就是帮助DNA分子进行折叠 构，分子伴侣的作用就是帮助 分子进行折叠 和扭曲，从而把DNA稳定在一个适合于和蛋白结 和扭曲，从而把 稳定在一个适合于和蛋白结 构的特定构象中。 构的特定构象中。
2、分子伴侣在蛋白折叠中的作用 、
非天然态的蛋白质会形成一些折叠中间体， 非天然态的蛋白质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。 误途径相互竞争的过程。分子伴侣的功能就是在 竞争中帮助正确折叠途径， 竞争中帮助正确折叠途径，从而提高蛋白质的合 成效率[4]。 成效率 。
四、分子伴侣的分类与分布
分子伴侣蛋白可根据分子大小、功能或分布进行 分子伴侣蛋白可根据分子大小、 分类。最常应用相对分子质量进行分类， 分类。最常应用相对分子质量进行分类，主要包 括以下几种[3] ： 括以下几种 家族(包括泛素等 ①HSP8家族 包括泛素等 ； 家族 包括泛素等)； 和相应的HSP10家族； 家族； ②GroES和相应的 和相应的 家族 小分子伴侣(small heat shock protein, sHSP, ③小分子伴侣 包括HSP25、HSP27、HSP32等)； 包括 、 、 等； 家族（ ④HSP40家族（DnaJ）； 家族 ）； 或胶原伴侣蛋白(collagenin)； ⑤Hsp47或胶原伴侣蛋白 或胶原伴侣蛋白 ；
5、分子伴侣参与生物信号转导 、
一些脂溶性信息分子在细胞质中的受体有三个 功能部位：激素结合位点、 功能部位：激素结合位点、DNA 结合结构域及核 定位位点，受体本身就是核定位蛋白。 定位位点，受体本身就是核定位蛋白。当细胞未 受到激素刺激时，受体同分子伴侣结合在一起， 受到激素刺激时，受体同分子伴侣结合在一起， 核定位信号和DNA 结合位点都被隐蔽起来。当细 结合位点都被隐蔽起来。 核定位信号和 胞受到信号分子的作用， 胞受到信号分子的作用，脂溶性的激素进入细胞 同相应的受体上的激素结合位点结合， 质，同相应的受体上的激素结合位点结合，使受 体同分子伴侣脱离，露出核定位信号和DNA 结合 体同分子伴侣脱离，露出核定位信号和 位点。然后核定位蛋白通过核孔进入细胞核， 位点。然后核定位蛋白通过核孔进入细胞核， DNA 结合位点同染色体上的 DNA结合，启动基 结合， 结合 因表达[ 因表达 7 ] 。
3、分子伴侣参与生物大分子的转运和定位 、
Hsp70 家族能结合胞液中未折叠的蛋白，并帮 家族能结合胞液中未折叠的蛋白， 助其输入到线粒体和叶绿体中。 助其输入到线粒体和叶绿体中。如在线粒体一些 蛋白质的转运过程中， 蛋白质的转运过程中，分子伴侣能解开细胞质内 前体蛋白折叠的结构域，并牵拉多肽链穿膜而过。 前体蛋白折叠的结构域，并牵拉多肽链穿膜而过。 线粒体基质Hsp70(mHsp70) 可与已进入线粒体 线粒体基质 腔的前导肽交联，一旦前体蛋白进入线粒体腔， 腔的前导肽交联，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 结合上去， 立即有一分子的 结合上去 导肽退回细胞质。随着肽链进一步伸入线粒体腔， 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 分子， 肽链会结合更多的 可拖拽肽链， 可拖拽肽链，mHsp70 以一种高能构象结合前导 肽转变为低能构象，促使前导肽进入线粒体腔， 肽转变为低能构象，促使前导肽进入线粒体腔， 并迫使后面的肽链解链进入转运孔道[5] 。 并迫使后面的肽链解链进入转运孔道
分子伴侣Hsp90在信号转导中的作用[8]
大肠杆菌） 六、原核生物细胞质中的分子伴侣 （大肠杆菌）
1、TF途径 、 途径 在大肠杆菌中， 在大肠杆菌中，当多肽链从核糖体中被翻译出 来时，触发因子(TF)是第一个作用于新生多肽链 来时，触发因子 是第一个作用于新生多肽链 的分子伴侣。 是一种分子量为 是一种分子量为48kDa的蛋白， 的蛋白， 的分子伴侣。TF是一种分子量为 的蛋白 它能与核糖体以1： 的比例结合 的比例结合， 它能与核糖体以 ：1的比例结合，并且能与短至 57kDa残基的多肽链相互作用。当肽链从核糖体 残基的多肽链相互作用。 残基的多肽链相互作用 上释放后，新生链-TF复合体以一种 上释放后，新生链 复合体以一种ATP独立方式 独立方式 复合体以一种 分离。 与许多原核细胞的 与许多原核细胞的Hsp70系统 系统DnaK和 分离。TF与许多原核细胞的 系统 和 DnaJ在稳定天然链的折叠活性状态上有重叠的功 在稳定天然链的折叠活性状态上有重叠的功 仅缺失TF或 的大肠杆菌细胞在37℃ 能。仅缺失 或DnaK的大肠杆菌细胞在 ℃下 的大肠杆菌细胞在 并未表现出折叠缺陷， 并未表现出折叠缺陷，但二者都缺失会引起错误 折叠聚集蛋白的积累，对大肠杆菌是致死的[9]。 折叠聚集蛋白的积累，对大肠杆菌是致死的 。
三、分子伴侣的作用机制
分子伴侣本身不包括控制正确折叠所需要的构象 信息， 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， 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。 的产率而不一定能提高其速率。分子伴侣的作用 机制实际上就是它如何与靶蛋白识别、结合、 机制实际上就是它如何与靶蛋白识别、结合、又 解离的机制。由于在天然分子中， 解离的机制。由于在天然分子中，疏水残基多半 位于分子的内部而形成疏水核心， 位于分子的内部而形成疏水核心，去折叠后就有 能暴露出来，或者在新生肽段的折叠过程中， 能暴露出来，或者在新生肽段的折叠过程中，会 暂时形成疏水表面， 暂时形成疏水表面，因此认为分子伴侣最有可能 是与疏水表面相结合。 是与疏水表面相结合。
J结构域
由4个螺旋组成。第二个Helix表面富含赖氨 酸。该结构域中富含正电荷的氨基酸对于 Hsp70的ATP酶活性是必须的。J结构域是 Hsp40与Hsp70相互作用区域。
3、GroES-GroEL（伴侣素）途径 、 （伴侣素） 伴侣素分子量为800kDa，由一个双环复合体 伴侣素分子量为 ， 围绕一个中心腔形成。它含有两个亚家族， 围绕一个中心腔形成。它含有两个亚家族，它们 在结构上相似但序列上却没有关联。 型分子伴侣 在结构上相似但序列上却没有关联。I型分子伴侣 素也就是Hsp60仅在真细菌和线粒体及叶绿体这 素也就是 仅在真细菌和线粒体及叶绿体这 类细胞器中存在，它们能与辅助因子GroES或 类细胞器中存在，它们能与辅助因子 或 Hsp10家族作用，大肠杆菌 家族作用， 家族作用 大肠杆菌GroEL及其辅助因子 及其辅助因子 GroES为I型伴侣素的代表。II型分子伴侣素存在 型伴侣素的代表。 型分子伴侣素存在 为 型伴侣素的代表 于古细菌和真核生物细胞质中并且不依赖于 GroES。分子伴侣素的作用机制与 。分子伴侣素的作用机制与Hsp70系统不 系统不 虽然二者都是通过ATP的结合和释放来调节 同，虽然二者都是通过 的结合和释放来调节 的。伴侣素最初通过多个亚单位与非天然底物蛋 白进行疏水接触从而捕捉底物蛋白， 白进行疏水接触从而捕捉底物蛋白，随后移位到 中央腔中进行折叠[11]。 中央腔中进行折叠 。
顺反)异构酶 ⑥肽链脯氨酸(顺反 异构酶 肽链脯氨酸 顺反 异构酶(peptidil-prolilcis, trans-isomerases，PPI)； ， ； 蛋白质二硫键异构酶(protein disulfide ⑦蛋白质二硫键异构酶 isomerases，PDI)； ， ； 家族； ⑧GroEL和HSP60家族； 和 家族 参与形成折叠体的HSP70家族（DnaK； 家族（ ⑨参与形成折叠体的 家族 ； Ssa1-4） ） 及其同源体以及HSP100和HSP ⑩HSP90及其同源体以及 及其同源体以及 和 110家族 。 家族
微生物分子伴侣
微生物学（10级） 级 徐利楠
目录
一、分子伴侣的发现 二、分子伴侣的概念 三、分子伴侣的作用机制 四、分子伴侣的分类与分布 五、分子伴侣的生理作用 六、原核生物细胞质中的分子伴侣 七、真核生物细胞质中的分子伴侣
一、分子伴侣的发现
1978年，Laskey等首先使用术语分子伴侣来描述核质素 年 等首先使用术语分子伴侣来描述核质素 (nucleoplasmin)在核小体组装过程中的作用 。他们发 在核小体组装过程中的作用[1] 在核小体组装过程中的作用 和组蛋白在生理条件下迅速混合将导致沉淀， 现DNA和组蛋白在生理条件下迅速混合将导致沉淀，但 和组蛋白在生理条件下迅速混合将导致沉淀 当反应体系中存在核内富含的核质素时， 当反应体系中存在核内富含的核质素时，DNA和组蛋白 和组蛋白 则形成核心颗粒。在反应中，核质素与组蛋白结合， 则形成核心颗粒。在反应中，核质素与组蛋白结合，一方 面屏蔽组蛋白正电荷引起的静电排斥， 面屏蔽组蛋白正电荷引起的静电排斥，从而促进组蛋白单 体之间的相互作用；另一方面减弱DNA与组蛋自之间的 体之间的相互作用；另一方面减弱 与组蛋自之间的 静电吸引，将沉淀降至最低程度。 静电吸引，将沉淀降至最低程度。 随后Ellis等发现包括核质素在内的一些蛋白质可以协助其 随后 等发现包括核质素在内的一些蛋白质可以协助其 它蛋白质折叠和组装，而且这类蛋白质广泛分布于原核和 它蛋白质折叠和组装， 真核细胞内[2]。 真核细胞内 。
Lid结构示意图 结构示意图 • • • Lid由5个螺旋构成； 由 个螺旋构成 个螺旋构成； 螺旋1、 直接与 直接与β-sandwich作用； 作用； 螺旋 、2直接与 作用 Lid可能通过盐桥来调节开启和关闭。 可能通过盐桥来调节开启和关闭。 可能通过盐桥来调节开启和关闭
Hsp40
Hsp40家族蛋白都含有J结构域，依据其他的保守 结构域的存在与否将Hsp40家族分成三个亚型 （Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）。 Ⅰ型包括三个完整的结构域：J结构域、由富含甘 氨酸/苯丙氨酸区连接的锌指结构域、羧基末端区。 （如DnaJ、Ydj1p） Ⅱ型包含两个完整的结构域：J结构域、由富含甘 氨酸/苯丙氨酸区连接的羧基末端区。 Ⅲ型仅有J结构域。
二、分子伴侣的概念
Ellis等提出了分子伴侣的基本概念：分子伴 等提出了分子伴侣的基本概念： 等提出了分子伴侣的基本概念 侣是一类在蛋白质折叠和组装过程中， 侣是一类在蛋白质折叠和组装过程中，防止 多肽链内或链间因疏水等相互作用表面瞬间 暴露而形成错误结构的蛋白质， 暴露而形成错误结构的蛋白质，并且还可以 破坏已经形成的错误结构。 破坏已经形成的错误结构。分子伴侣本身不 是折叠或组装产物的Baidu Nhomakorabea部分[2] 是折叠或组装产物的一部分 。
第 二 区
β-sandwich结构示意图 结构示意图[10] 结构示意图 • • • L12和L34形成结合口袋； 和 形成结合口袋； 形成结合口袋 L45和L56有稳定结合口袋的作用； 和 有稳定结合口袋的作用； 有稳定结合口袋的作用 肽段通过氢键和疏水作用与底物结合域结合； 肽段通过氢键和疏水作用与底物结合域结合；
2、DnaK-DnaJ途径 、 途径 DnaK属Hsp70家族； DnaJ属Hsp40家族。 家族； 家族。 属 家族 属 家族
Hsp70 [10]
结构域和底物结合结构域组成。 由ATP结构域和底物结合结构域组成。 结构域和底物结合结构域组成 ATPase分成 个区，其中的第二个区最重要。 分成4个区 分成 个区，其中的第二个区最重要。 底物结合域又分为Helix区和 区和sheet区。Helix起到帽子的 底物结合域又分为 区和 区 起到帽子的 作用。 区的8个 形成三明治结构， 作用。Sheet区的 个sheets形成三明治结构，直接与底 区的 形成三明治结构 物结合。 物结合。