热休克蛋白

小结
HSPs为一组高度保守的蛋白质， 有其独特的生物学特性及功能， 在生物体内广泛地参与了多种复 杂的功能活动，人们将其生物活 性比喻为“瑞士军刀”，较为形 象 的反映出其多作用的生物学效 应。有关这方面的研究仍在继 续，已成为分子生物学的热点之 一，且逐渐为临床多种疾病的过 程中也有HSP的参与。
热休克蛋白的分类
HSP100家族 HSP90家族（分子量约83-90kDa） HSP70家族（分子量约66-78kDa） HSP60家族和小分子量smHSP家族（分 子量 约泛12素-43kDa）
分类
种属
HSP70家族
HSP70（HSP40、HSP24） 所有生物
DnaK(DnaJ、GrpE) Ssa1-4、SsB1、SsC1、 SsD1 Bip
在应激条件下，热休克蛋白表达明显增加，且可发生移 位。这些应激包括：
1 体外环境应激：热、冷、有机物、重金属（砷、镉等）、 缺氧等。
2 体内病理生理应激：基因损伤、组织创伤、微生物感 染等。
热休克蛋白的组成和结构
组成
邬堂春等于1995年从人体肿瘤细胞株，大鼠肝脏和心脏， 家兔和小鼠肝组织纯化了主要的热休克蛋白HSP70并分析了 它的氨基酸组成
在所测的5种来源的HSP70中，含量位于前三位的氨基酸除 大鼠心脏为甘氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸外，其余的均为甘氨 酸、谷氨酸和天冬氨酸。所有来源的HSP70均富含苯丙氨酸、 赖氨酸、缬氨酸、亮氨酸和脯氨酸。
热休wenku.baidu.com蛋白的组成和结构
结构 Flynn等的研究表明： HSP70的氨基酸的一级结构可分为3个功能域：
1992年Horwitz提出HSP是一种分子伴侣的理论。目前HSP 的作用和功能已经引起世界各国学者的广泛关注，尤其是对 HSP70的研究最为深入。
休克蛋白生成的诱因
在正常生理条件下，如细胞的增生和分化、胚胎的生长 和发育、激素的刺激等，热休克蛋白即呈基础表达。正 常生长条件下，所有细胞中，热休克蛋白占总蛋白量的 5%-10%。
泛素(ubiquitin)是一种存在于大多数真核细胞中的小蛋白。 它的主要功能是标记需要分解掉的蛋白质，使其被水解。
当附有泛素的蛋白质移动到桶状的蛋白酶的时候，蛋白酶就 会将该蛋白质水解。泛素也可以标记跨膜蛋白，如受体，将 其从细胞膜上除去。
泛素76个氨基酸组成，分子量大约8500道尔顿。它在真核生 物中具有高度保留性，人类和酵母的泛素有96%的相似性。
⑤ HSP70家族成员在细胞内的分布不同，但均具有与核苷酸特别是与ADP或 ATP结合的特性。
热休克蛋白的合成过程
目前认为HSP的合成过程如下： 应激因素导致细胞浆内的部分蛋白质变构或变性，变性的蛋 白质分子启动一种叫热休克蛋白因子（heat shock factor,HSF）的蛋白质磷酸化并聚合形成三聚体，进入细胞 核并与位于HSP基因增强子中的热休克元素（heat Shock Element，HSE）相结合，这一过程可激活增强子转录 mRNA合成，并进一步合成HSP。 新合成的HSP与变性的蛋白质结合，并反馈抑制HSP的合成。 在应激状态下HSP70可显著升高
分类
HSP60家族
GroEL(GroES) Cpn60(cpn10) RBP Mif4p
HSP90家族
HtpG Hsp90 Hsp83、Hsp87 gp96 Grp94
种属
大肠杆菌 真核细胞 植物 酵母
大肠杆菌 哺乳动物 酵母和果蝇 肉瘤细胞 哺乳动物
细胞中的定位
内质网 线粒体和叶绿体 叶绿体 线粒体
畜牧兽医学院 05生技3班
李超 81050639
Ellis定义的分子伴侣：
帮助其他含多肽结构的物质在体内进行正确 的组装，并且不是组装后的结构发挥其正常的 生物功能的组分，它们是结构可以完全相同， 也可以完全不同的蛋白质的总称。其中最大的 一类分子伴侣是热休克蛋白（heat shock proteins,HSP）。
细胞质 细胞质 细胞质 内质网和胞液 内质网
概述
smHSP是热胁迫诱导蛋白，能防止热诱导的蛋白质 聚集，促进变性蛋白质的复性和不可逆转的受伤蛋 白质的降解。HSP27是smHSP亚家族中的重要的一 员，主要参与微丝的稳定和细胞因子信号转导等， 保护细胞免受各种应激因素的损伤。
HSP60家族成员包括分子量约60kDa的蛋白质。微生 物HSP60是优势蛋白，感染微生物的人体中有40%T细 胞应答是针对该蛋白质的，而且该蛋白质与人类 HSP60相当，已经检出至少与人类19个已知自身抗原 的氨基酸序列存在相似性，并与响应自身免疫的发生有 关。
HSP70
一些较小的分子伴侣从蛋白质离开核糖体那一刻 起就开始保护它们。在这个阶段，蛋白质还没有 形成折叠结构，伸展的肽链上暴露出许多富含碳 的基团，很容易造成聚集沉淀。
HSP-70能够识别并结合于这些疏水基团，从 而避免其与周围基团的聚合。 当多肽链开始折叠时，HSP-70由ATP供能， 从肽链上释放出来。
细胞保护作用
HSP60
HSP-60 是一种典 型的分子 伴侣，它 可以为正 在折叠的 蛋白质提 供一个附 着环境， 从而起到 保护折叠 过程的作 用
GroEL-GroES复合体
E.coli分子伴侣GroEL－GroES在蛋白质折叠中的反应循环
热休克蛋白的主要功能
参与抗原加工、呈递
协同免疫作用 （免疫应答）
HSP70
HSP-70由两个结构域组成： 一个结构域（蛋白质编号
A
B
1dkg）是ATP的结合位点，
并且控制ATP的结合过程，
（分子结构如图A所示）
另一个结构域（蛋白质编号 1dkz）是富含碳的肽链的结 合位点（分子结构如图B所 示）
图中以粉色表示的小肽段是 蛋白质结合的缝隙
图底部的水母状结构的前折 叠因子（蛋白质编号1fxk） 也执行类似的功能，即包裹 折叠过程中的蛋白质链。
热休克蛋白的主要分子生物学特征
高度保守性 热休克蛋白被认为是生物进化最保守的成分，不同种细胞产生的HSPs分子序 列绝大部分相同或类似。 但不同族HSPs之间则无明显序列同源性（如HSP60和HSP70之间）。
非特异性 除热环境以外，其他的物理，化学及生物应激原，如缺血、缺氧、感染、创 伤、重金属离子、氧自由基等均可诱导HSPs的产生。
参与免疫细胞的发育、分化、激活 参与同种移植排斥免疫 参与淋巴细胞归巢 辅助免疫求蛋白的装配
参与感染免疫 参与肿瘤免疫 参与自身免疫
1 参与病原体感染致病作用 2 参与宿主抗感染免疫作用
热休克蛋白的主要功能
HSP与细胞凋亡
对细胞凋亡的抑制作用 HSP使细胞凋亡亢进
在炎症中的保护作用 胚胎发育 维持细胞和生物体的动态平衡
概述
HSP90为组成型表达的蛋白，包括α和β2种分子，是HSP家 族中为数不多的含有内含子的成员之一。
HSP90作为特异分子伴侣与类固醇激素受体（包括GR、PR、 ER、RAR、VDR等）、信号传导途径中的酷氨酸蛋白激酶、 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶等分子结合，调节它们的生物活性， 防止蛋白质的变性和聚集。
时间性 交叉耐受性 弱的ATP酶活性 模拟性 双重性
热休克蛋白的主要功能
分子伴侣功能
热休克蛋白在细胞中执行最基本的生理功能，如蛋白质折叠、伸 展、转运、寡聚体的形成和解聚等，维持细胞的生存和功能，在 应激的不利条件下，提高细胞的抵抗力，起到应激保护作用。
在基本的蛋白质伸展-折叠过程中发挥作用
作为细胞内许多功能蛋白的结合蛋白发挥复杂的作用
③ 正常情况下HSP70在细胞内呈基础表达，表达水平较低；而在高温及各种有 害应激状态下，HSP70的合成速度显著增加，一般数分钟内即可达到最高水 平，而原来的蛋白质合成则减少，以提高生物体的抗应激能力。
④ 正常情况下HSP70位于细胞浆内，当细胞遭受应激作用时，HSP70迅速移入 细胞核内并包围核仁，细胞浆内只有少量存在；而应激消除后细胞处于恢复 阶段时，细胞核内HSP70又返回胞浆，在细胞浆6内呈低水平表达，再次应 激又重新返回细胞核。
概述
HSP70是分子量约70kD的热休克蛋白，是热休克蛋白家族中 组重要的一员，被称为主要热休克蛋白，包括分子量为68、 72、73、75、78kDa等的20多种蛋白。此外，在哺乳动物 细胞中还发现了一类广泛存在的HSP70家族的一个亚族—— HSP110。 HSP70家族蛋白具有相同的等电点和相似的胰蛋白酶肽谱， 在几乎所有生物的应激细胞中常被高度诱导，具有保护机体和 细胞的功能。
Hsc70
grp78 prp73
Kar2p
HSP100家族
HSP104 ClpX
大肠杆菌 酵母
哺乳动物 动物细胞 哺乳动物 动物细胞 酵母
酵母 大肠杆菌
细胞内定位
细胞质和细胞核骨架，热 休克后移至细胞核及核仁 质膜上；哺乳动物线粒体 细胞质 细胞质线粒体
内质网 胞浆 内质网 胞浆 内质网
细胞质和核及核仁 细胞质
HSP70
目前，HSP70被认为是哺乳动物细胞HSPs中最重要，也是研究最为深入的 HSPs家族，这与它所具有的生物学特性密切相关：
① 生物界的普遍性，从原核生物到真核生物都有HSP70的表达，同一生物体内 的不同组织内亦均有表达。
② 高度的保守性，不同生物来源的HSP70氨基酸序列有50%-90%的同源性， 而且HSP70氨基酸序列的N端2/3部分较C端1/3部分还要保守得多。
热休克蛋白的发现
HSP首先是在果蝇体内发现的。
1962年Ritossa发现，将果蝇的培养湿度从25℃提高到30℃ （热休克环境温度升高），30分钟后就可在多丝染色体上看到 蓬松现象（或称膨突puff），提示这些区带基因的转录加强并 可能有某些蛋白质的合成增加。
1974年Tissieres研究证实该现象的产生是因为温度高增强了 这一区域的基因转录，相应生成了一系列分子量为70kDa和 26kDa的蛋白质这些蛋白质被命名为热休克蛋白质（HSP）。
The end
Thank you!
➢ 近N端为45kDa大小结构上高度保守的氨基酸序列，具有 ATPase活性区，比羧基端部分具有更高的保守性，与不同生物 的HSP70所共有的生化特性有关；
➢ 紧接着为18kDa大小相对保守的氨基酸序列，是多肽的结合 部位；
➢ 近C端有约10kDa结构上多变的氨基酸序列，其结构尚不明，可 能与特定的一组蛋白底物相互作用有关。