分子伴侶
1987 年 Lasky首先提出了分子伴侶(molecular chaperones)的概念。他將細胞核內(nèi)能與組蛋白結(jié)合并能介導核小體有序組裝的核質(zhì)素( nucleoplasmin )稱為分子伴侶。根據(jù) Ellis 的定義,這一概念延伸為“一類在序列上沒有相關(guān)性但有共同功能的蛋白質(zhì),它們在細胞內(nèi)幫助其他含多肽的結(jié)構(gòu)完成正確的組裝,而且在組裝完畢后與之分離,不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行功能時的組份”。熱休克蛋白就是一大類分子伴侶。1987年,Ikemura發(fā)現(xiàn)枯草桿菌素(subtilisin)的折疊需要前肽 (propeptide)的幫助。這類前肽常位于信號肽與成熟多肽之間,在蛋白質(zhì)合成過程中與其介導的蛋白質(zhì)多肽鏈是一前一后合成出來的,并以共價鍵相連接,是成熟多肽正確折疊所必需的,成熟多肽完成折疊后即通過水解作用與前肽脫離。Shinde和Inouye將這類前肽稱為分子內(nèi)伴侶(intramolecular chaperones)。主要分為:
伴侶素家族(chaperonin, Cpn)
Cpn 家族是具有*的雙層 7-9 元環(huán)狀結(jié)構(gòu)的寡聚蛋白,它們以依賴 ATP 的方式促進體內(nèi)正常和應急條件下的蛋白質(zhì)折疊。 Cpns 又分為兩組: GroEL(Hsp60) 家族和 TriC 家族。 GroEL 型的 Cpns 存在于真細菌、線粒體和葉綠體中,由雙層 7 個亞基組成的圓環(huán)組成,每個亞基分子量約為 60Ku 。它們在體內(nèi)與一種輔助因子,如 E. coli 中的 GroES ,協(xié)同作用以幫助蛋白折疊。除了葉綠體中的類似物外,這些蛋白是應急反應誘導的。人們對 GroEL 和 GroES 的結(jié)構(gòu)、功能及其作用機制做了十分詳盡的研究。 TRiC 型( TCP-1 環(huán)狀復合物)存在于古細菌和真核細胞質(zhì)中,由雙層 8 或 9 元環(huán)組成,亞基分子量約為 55K ,與小鼠中 TCP-1 尾復合蛋白( TCP-1 tail complex protein )有同源性。這種 Cpn 沒有類似 GroES 的輔助因子,而且只有古細菌中的成員有應急誘導性;
應激蛋白70 家族(Stress-70 family)
又稱為熱休克蛋白 70 家族( Hsp70 family ),是一類分子量約 70Ku 的高度保守的 ATP 酶,廣泛地存在于原核和真核細胞中,包括大腸桿菌胞漿中的 DnaK/ DnaJ ,高等生物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的 Bip 、 Hsc1 、 Hsc 2 、 Hsc 4 或 hsc70 ,胞漿中的 Hsp70 、 Hsp68 和 Ssal4p ,線粒體中的 Ssclp 、 Hsp70 等。在細胞應急和非應急條件下的蛋白質(zhì)代謝,如蛋白質(zhì)的從頭折疊( de novo protein folding) 、跨膜運輸、錯誤折疊多肽的降解及其調(diào)控過程中有重要的作用。在體內(nèi), Hsp70 家族成員的主要功能是以 ATP 依賴的方式結(jié)合未折疊多肽鏈的疏水區(qū)以穩(wěn)定蛋白質(zhì)的未折疊狀態(tài),再通過有控制的釋放幫助其折疊;
應激蛋白90 家族(Stress-90 family)
即熱休克蛋白 90 家族,分子量在 90Ku 左右,包括大腸桿菌胞漿中的 HtpG ,酵母胞漿中的 Hsp83 與 Hsc83 ,果蠅胞漿中的 Hsp83 ,以及哺乳類胞漿中的 Hsp90 與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的 Grp94 ( Erp90 或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)素 endoplasmin )等。 Hsp 90 可以與胞漿中的類固醇激素受體結(jié)合,封閉受體的 DNA 結(jié)合域,阻礙其對基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)的激活作用,使之保持在天然的非活性狀態(tài),但 hsp90 的結(jié)合也使受體保持著對激素配體的高親和力。 hsp90 還與 Ras 信號途徑中許多信號分子的折疊與組裝密切相關(guān),主要是 hsp90 的結(jié)合與解離,介導了這些分子在非活性形式與活性形式間的轉(zhuǎn)化。如轉(zhuǎn)化型激酶 pp60v-src 或在一定條件下,從 hsp90 等與之形成的復合物中釋放,才能轉(zhuǎn)位至胞膜,行使激酶的活性功能。 Casein(CKII) 和 el/f-2a 是兩種 / 蛋白激酶,其中 Casein(CKII) 與細胞生長和細胞周期有關(guān), el/f-2a 激酶則調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成,兩者均可與 hsp90 及其他形成復合物。除 hsp90 以外,其他如 hsp70, PPIs 等都影響了受體分子的激活過程;
此外,其他的還有核質(zhì)素、T 受體結(jié)合蛋白 (TRAP) 、大腸桿菌的 SecB 和觸發(fā)因子( trigger factor )及 PapD 、噬菌體編碼的支架蛋白( scaffolding proteins )等。 不僅與胞內(nèi)蛋白的折疊與組裝密切相關(guān),影響到蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運、定位或分泌;而且與信號轉(zhuǎn)導中的信號分子的活性狀態(tài)與活性行為相關(guān)連,具有重要的生理意義。
的特征
從參與促進一個反應而本身不在zui終產(chǎn)物中出現(xiàn)這一點來看,具有酶的特征。但從以下三方面來看,和酶很不同。
1、對靶蛋白沒有高度專一性,同一可以促進多種氨基酸序列*不同的多肽鏈折疊成為空間結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能都不相關(guān)的蛋白質(zhì)。
2、它的催化效率很低。行使功能需要水解ATP,以改變其構(gòu)象,釋放底物,進行再循環(huán)。
3、它和肽鏈折疊的關(guān)系,是阻止錯誤折疊,而不是促進正確折疊。
4. 多能性(脅迫保護防止交聯(lián)聚沉,轉(zhuǎn)運,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄和復制,組裝細胞骨架)
5. 進化保守性