蛋白质构象病

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α1- 抗 胰 蛋 白 酶 缺 乏 症 是 由 α1- 抗 胰 蛋 白 酶 基 因 突 变 所 致 的 、最 常 见 的 与 抑 丝 酶 家 族 成 员 相 关 的 蛋 白 质 构 象病, 该病属常染色体隐性遗传病。目前已发现该病有 多个突变位点,其中 95%属 Z 突变( Glu342Lys) 。Z 突变
3 袁锋.农业昆虫学( 第 3 版) .北京: 中国农业出版社, 2001, 11—21.
( BF)
10
生物学通报
2005 年 第 40 卷 第 9 期
1.1 朊蛋白与构象病 朊 蛋 白 ( PrPc) 是 一 种 细 胞 膜 表 面 的 糖 蛋 白,具 有 铜 离 子 转 运 、信 号 转 导 及 抗 氧 化 等 多 种功能, 能够调节神经元内游离钙的浓度。朊蛋白病 ( prion protein disease) 是由神经元上正常胞质的朊蛋白 ( PrPc) 发 生 异 常,变 构 成 病 理 性 蛋 白 ( PrPsc) 而 导 致 的 播 散性海绵状脑病,是一类人兽共患性疾病。包括疯牛病 ( 即 牛 海 绵 状 脑 病 ,bovine spongiform encephalopathy, BCE) 等。
迹 。同 样 , 可 以 根 据 口 器 的 类 型 , 对 有 害 昆 虫 在 化 学 防
治时采取不同化学剂型的农药进行防治, 如对咀嚼式
口器的害虫, 需要使用胃毒剂, 把农药喷洒在作物上,
或 拌 在 该 类 害 虫 喜 欢 的 食 物 中 制 成 毒 饵 。对 于 刺 吸 式
口器的害虫, 需要使用内吸剂, 把这些药剂喷在植物
分子伴侣是一类可以调节蛋白质构象的特殊蛋 白 质 。它 们 通 过 控 制 结 合 和 释 放 来 帮 助 被 结 合 多 肽 在 体 内 的 折 叠 、组 装 、转 运 或 降 解 等 。最 近 发 现 的 药 物 分 子 伴 侣 ( pharmacological chaperones) 就 是 其 中 一 类 , 它 们能选择性地与发生错误折叠的蛋白质结合, 并使其 恢 复 功 能 [ 6] 。 因 而 设 计 特 定 的 分 子 伴 侣 已 成 为 防 治 蛋 白质构象病的新途径。
α1- 抗 胰 蛋 白 酶
α1- 抗 胰 蛋 白 酶 缺 乏 症
α1- 抗 胰 凝 乳 蛋 白 酶 阿 尔 茨 海 默 病
抗凝血酶
血栓性栓塞症
的神经退行性疾病和抑丝酶家族构象异常所引起的
C1- 抑 制 剂
遗传性血管水肿
疾病( 见下表) [2] 。
神经抑丝酶
家族型早期发作痴呆和脑病
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 下颚的外颚叶包被在中唇舌的背、侧两面形成食物 口式头型指口器着生在头的腹面正下方, 头的纵轴与
1 常见的蛋白质构象病
抑丝酶家族
目前发现的蛋白质构象病大致可以分为 3 类: 由
朊 蛋 白 构 象 变 化 所 引 起 的 疾 病 、与 淀 粉 样 蛋 白 等 retin(TTR)
肌萎缩外侧硬化症 阿尔茨海默病 亨廷顿病 脊髓小脑共济失调 脊椎和延髓肌肉萎缩 家族性淀粉样多神经病
β折 叠 形 成 阻 断 肽 是 一 种 相 关 构 象 的 类 似 物 , 它 与蛋白质中发生构象改变的核心部位部分同源, 可以 稳 定 靶 构 象 的 生 理 结 构 不 向 β折 叠 结 构 转 变 。 如 : 针 对 阿 尔 茨 海 默 病 设 计 的 Aβ微 纤 维 形 成 抑 制 剂 等 已 显 现出了良好的应用前景[5] 。
对目前发现的蛋白质构象病的研究表明, 虽然不 同的构象病的临床和病理特征各异, 但其共同的病理 特 征 表 现 在 : 病 理 性 蛋 白 质 中 β折 叠 结 构 的 增 加 , 使 分子聚集, 最终导致对蛋白水解酶的抗性增大。
针对蛋白质构象病的特点, 近年来人们关注较多 的 是 : 尝 试 通 过 β折 叠 形 成 阻 断 肽 、分 子 伴 侣 等 方 法 , 达到抑制或逆转功能蛋白质病理构象形成, 从而对蛋 白质构象病进行防治。
阿尔茨海默病的病理特征是: 大脑皮层出现老年 斑 ( SP) 和 神 经 原 纤 维 缠 结 ( NFT) 。β淀 粉 样 前 体 蛋 白 (APP)的 水 解 产 物 Aβ是 构 成 SP 的 主 要 细 胞 外 蛋 白 质 成 分,由 39~43 个 氨 基 酸 组 成,具 有 β折 叠 构 型 。 研 究 表 明 : Aβ的 空 间 构 象 明 显 影 响 其 聚 集 功 能, 当 Aβ的 二 级 结 构 以 α螺 旋 为 主 时,聚 集 性 较 弱;而 以 β折 叠 为 主时,就会导致蛋白质聚集及组织沉淀, 诱导神经元凋 亡 甚 至 坏 死 , 损 伤 胆 碱 能 神 经 元 , 影 响 细 胞 内 Ca2+离 子 的 平 衡 , DNA 断 裂 , 脂 质 过 氧 化 等 。临 床 上 首 先 表 现 为:近期记忆力障碍,继而持续性智能衰退,判断推理 能 力 丧 失 , 运 动 障 碍 等 。 在 65 岁 以 上 人 群 中 , 西 方 约 有 5%的 人 患 此 病 , 85 岁 以 上 老 年 人 患 病 率 高 达 47% ~50%,为 欧 美 国 家 老 年 期 痴 呆 的 主 要 原 因 ;我 国 60 岁 以 上 人 群 阿 尔 茨 海 默 病 的 患 病 率 为 3%~5%[ 4] 。 1.3 抑 丝 酶 与 构 象 病 抑 丝 酶 是 一 类 与 A- 蛋 白 酶 抑 制剂结构相似的蛋白质超家族,一般由 350~500 个氨基 酸 残 基 组 成, 典 型 的 抑 丝 酶 有 3 个 β片 层 和 9 个α螺 旋 。 抑 丝 酶 有 广 泛 的 生 理 功 能 , 在 凝 血 、纤 溶 、补 体 活 化 以及细胞迁移等过程中发挥着重要作用。与抑丝酶家族 成 员 相 关 的 人 类 疾 病 有 :α1 - 抗 胰 蛋 白 酶 缺 乏 症 等 。
蛋白质构象病的特点是: 正常蛋白质的二级结构 及三级结构发生改变, 而一级结构不发生变化。
有关蛋白质构象病的蔓延方式人们知之甚少, 目 前推测其蔓延方式可能有 2 种: 一种可能的方式是通 过成熟蛋白质构象变化的产物诱导, 如朊蛋白的传 播; 另一种可能的方式是未成熟蛋白质生理构象的转 换形成纤维形式, 如血浆丝氨酸蛋白抑制剂缺陷症。 大多数蛋白质构象病的发病机制尚不清楚。 3 蛋白质构象病的防治
常见的蛋白质构象病
蛋白质
相关疾病
的 结 构 基 础 。由 于 蛋 白 质 担 负 着 复 杂 的 生 化 反 应,因 此 朊 病 毒 在生物合成以后, 蛋白质本身也经历着复杂的生理过 程; 蛋白质自翻译以后, 需进行一系列的翻译后过程, 包 括 跨 膜 转 运 、修 饰 加 工 、折 叠 复 性 、生 化 反 应 、生 物 降 解 等,这 些 过 程 都 伴 随 着 蛋 白 质 的 结 构 转 换 。随 着 对 疯牛病的研究,人们发现: 蛋白质分子的氨基酸序列虽 淀粉样蛋白 不 改 变,但 其 空 间 结 构 或 构 象 的 改 变 也 能 引 起 疾 病 。同 时,越来越多的研究表明,一些遗传性疾病是由于基因
上, 或拌在种子上, 由植物吸入内部, 当害虫刺吸植物
图 10 嚼吸式口器 A— 前 面 观 , B— 喙 基 部 的 前 面 观
3 口器与昆虫头部形式 根据口器在头部的着生位置, 昆虫的头部的形式
( 即 头 式 ) 可 分 为 前 口 式 、下 口 式 和 后 口 式 。 前口式头型指口器着生在头的前端向前伸, 头的
扰乱了 α1- AT 的构象,导致 1 个分子的反应中心环插入 另一个分子的 β片层,形成环- 片层多聚体,使 α1- AT 沉 积于内质网,造成血浆 α1- AT 水平降低,而滞留的 α1- AT 形成包涵体, 引起新生儿肝炎、少年肝硬化和肝细胞肝 病;另外,由于 α1- AT 环- 片层多聚体失去蛋白酶抑制剂 活性以及肺部 α1- AT 缺乏,使弹性蛋白酶对肺部造成持 续损害, 形成肺气肿[1] 。 2 蛋白质构象病的特点及蔓延方式
阿 尔 茨 海 默 病 ( Alzheimer disease, AD) 等 是 一 类 与 淀 粉 样 蛋 白 纤 维 沉 淀 相 关 的 、最 常 见 的 淀 粉 样 蛋 白 病。它是一种退行性神经系统疾病, 也是老年痴呆产 生 的 主 要 原 因 , 包 括 : 家 族 性 AD 和 散 发 性 AD。
物 吸 入 消 化 道 。不 吸 食 时 , 下 颚 与 下 唇 分 开 , 折 弯 于 头
昆虫口器的构造不同,取食方式也不一样, 取食后
下, 此时上颚才起作用。
留下的痕迹也不一样,这样可以在昆虫取食离开后,判
断是何种类型的口器危害的,如咀嚼式口器的昆虫,留
下咬食痕迹, 刺吸式口器的昆虫是刺入留下的点状痕
朊蛋白 Aβ肽 、Tau 蛋 白
人克雅病 库鲁病 致死家族性失眠症 格斯特曼综合征 疯牛病( 牛海绵状脑病) 绵羊瘙痒病
阿尔茨海默病 Down′s 综 合 征 前额颞痴呆综合征
突变导致了蛋白质的错误折叠, 这些突变并不直接影 突触核蛋白家族
α- 突 触 核 蛋 白
帕金森病
响蛋白质的功能结构域,但由于蛋白质的错误折叠,干
扰 了 其 正 确 运 输,形 成 对 细 胞 有 毒 性 作 用 的 聚 积 物 [ 1] 。 这类由于组织中特定蛋白质承受空间结构或构象变 谷氨酰胺重复序列
蛋白
化( 即蛋白质的错误折叠) ,进而产生沉淀所引起的疾
病称为蛋白质构象病( protein conformational disease) 。 甲 状 腺 素 运 载 蛋 白
道, l 对下唇须合贴在中唇舌的腹面形成唾液道, 内颚 身体的纵轴成直角, 如蝗虫。后口式头型指口器不用
叶 和 内 唇 盖 在 舌 基 部 的 侧 、上 方 , 使 口 前 腔 闭 合 , 临 时 时 , 贴 在 身 体 的 腹 面 , 如 蝉 。
喙便形成了, 借唧筒的抽吸作用将花蜜或其他液体食 4 口器类型与化学防治的关系
2005年 第 40 卷 第 9 期
生物学通报

蛋白质构象病
陆 宏 霍 正 浩 ( 宁 夏 医 学 院 医 学 遗 传 学 与 细 胞 生 物 学 教 研 室 宁 夏 银 川 750004)
蛋 白 质 的 空 间 结 构 又 称 为 三 维 结 构 或 构 象 ( con- formation) ,特 定 的 空 间 构 象 是 蛋 白 质 发 挥 其 各 种 功 能 类 别
PrPc 与 PrPsc 的 主 要 区 别 在 于 空 间 结 构 不 同 : PrPc 主 要 为 α螺 旋 , 能 被 蛋 白 酶 K 水 解 ; 而 PrPsc 则 含 有 40%的 β折 叠 。一 旦 PrPsc 进 入 正 常 脑 细 胞 则 会 感 染 其 他 正 常 细 胞 , 诱 导 PrPc 转 化 为 PrPsc, α螺 旋 随 之 转 化 为 β- 折 叠 , 使 PrPsc 中 β- 折 叠 的 含 量 大 大 高 于 正 常 蛋 白 。 由 于 含 β- 折 叠 较 多 的 蛋 白 质 很 难 以 单 体 的 形 式 存在, 因此容易发生聚集而沉积在神经系统, 引起脑 组 织 的 海 绵 体 化 、空 泡 化 , 引 起 神 经 系 统 坏 死 , 脑 细 胞 胀 破 而 形 成 空 洞,从 而 导 致 痴 呆 等 临 床 症 状 的 出 现 [ 3] 。 1.2 淀粉样蛋白与构象病 蛋白质构象转换是淀粉 样化形成并导致疾病产生的决定因子。
纵轴与身体的纵轴成一钝角或几乎平行, 如蝼蛄。下
汁液时, 农药被吸入昆虫体内而中毒死亡。 参考文献
1 彩万志, 庞雄飞等. 普通昆虫学. 北京: 中国农业大学出版社, 2001, 33 —56.
2 北 京 农 业 大 学 . 昆 虫 学 通 论 ( 上 册 ) . 北 京 : 农 业 出 版 社 , 1980 , 26 — 50 .
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