介导新生肽链折叠的胞质分子伴侣结构、功能及作用机制研究进展

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1、生物物理学报2014年4月第30卷第3期：169．181ACTABIOPHYSICASINICAVo1．30No．3Apr．2014：169-181www．cjb．org．cn介导新生肽链折叠的胞质分子伴侣结构、功能及作用机制研究进展于志超，李艳妮，-，乔建军1．天津大学化工学院，天津300072~2．教育部系统生物工程重点实验室，天津300072收稿日期：2014—02．19；接受日期：2014．04．11基金项目：国家自然科学基金项目(31270142)通讯作者：乔建军，电话：(022)274

2、05836，E—mail：jianjunq@tju．edu．cn摘要：分子伴侣是一类能够识别非天然蛋白并能协助其正确折叠、组装和转运的功能蛋白。最新研究发现，在原核或真核细胞中，不同结构、不同种类的分子伴侣形成了一个复杂的折叠系统，通过这个系统，蛋白质完成了从初步合成到形成具有生物活性的三维构象的过程，避免了折叠过程中多肽链的错误折叠、蛋白沉淀和有害物质的产生。文章综述了蛋白质折叠过程中不同种类分子伴侣组件的结构、功能和作用机制的研究进展，这些分子伴侣包括Hsp70、核糖体结合因子、伴侣素、前折叠

3、素与Hsp90，并阐述了它们在蛋白质内稳态中的作用。关键词：分子伴侣；Hsp70；伴侣素；Hsp90；蛋白质内稳态中图分类号：Q71，Q936DoI：1o．3724／SP-J．1260．2014．40016引言新合成的肽链必须经过折叠形成特定的三维构象才能具有生物活性[”。蛋白质的折叠机制一直是生物学的基本问题，该问题的解决对于防止蛋白沉淀的形成和维持细胞内蛋白质的稳态具有重要意义。早期单链小分子多肽的体外复性实验研究结果认为蛋白质的折叠取决于其氨基酸序列[2]。但近30年的研究表明，众多新生肽链

4、折叠成天然三维构象需要复杂的分子伴侣系统的辅助及代谢提供的相应能量才能顺利完成[3]。分子伴侣是一类能够识别其它蛋白质的不稳定构象并使其稳定的功能蛋白，且不会成为被折叠蛋白的一部分问。目前，多根据序列的同源性将分子伴侣分为Hsp90、Hsp70s、Hsp60s、Hsp40s和sHsps等不同类型【。分子伴侣一般具有三大特点，即特异性、功能的赘余性和高度的保守性阎。最近的研究表明，分子伴侣在细胞中具有重要的生理功能，对蛋白质的从头折叠、失活蛋白的重新折叠和维持细胞蛋白质组的稳定具有重要作用。由于肽链

5、的折叠过程会产生折叠中间体和错误折叠态，而中间体会将疏水基团或多肽骨架暴露出来，使它们在分子间疏水作用或氢键作用下相互聚集成蛋白沉淀[刀。而细胞中的分子伴侣通过与多肽疏水域的结合和释放来确保各个蛋白结构域依次完成折叠，避免了蛋白沉淀的产生。169生物物理学报2014年第30卷第3期此外，分子伴侣还可以使失活的蛋白质复性，维持了蛋白质的内稳态，使得生物在一定的压力条件下具有耐受性嘲。因此，研究蛋白质折叠过程中胞质分子伴侣的结构、功能和作用机制，对于理解蛋白质如何实现折叠及如何维持蛋白质内稳态具有重要

6、的意义。目前，大部分蛋白的形成是在核糖体结合因子(ribosome-boundfactors)．Hsp70伴侣素(chaperonins)三个分子伴侣组件的介导下折叠完成的，而真核细胞中某些蛋白(如微管蛋白)是通过前折叠素．伴侣素途径完成折叠的，此外，某些特殊功能的蛋白(如激酶等)则通过Hsc70．Hsp90的共同介导形成。本文综述了蛋白质折叠过程中这些不同种类的分子伴侣组件，分别就不同类分子伴侣的结构、功能和作用机制做了系统阐述，并讨论了底物蛋白在各个分子伴侣之间的过渡及分子伴侣之间的协同作用。

7、折叠过程中涉及的分子伴侣组件分别为Hsp70、核糖体结合因子、伴侣素、PFD—TRiC系统和Hsp90，如表1所示。最后，就分子伴侣对于维持蛋白质内稳态的意义做了总结。表1不同种类分子伴侣的性质特点Table1ThecharacteristicsofvariouschaperonesHsp70家族分子伴侣Hsp70在分子伴侣系统中扮演着核心角色，广泛存在于细菌、古生菌和真核生物中。它能与大多数的新生多肽发生作用，但与核糖体没有直接的作用[21]。现已发现的Hsp70主要包括DnaK(细菌和部分古生

8、菌)、Ssb1．4(酵母)、热激同源蛋白Hsc70(哺乳类)等。Hsp70需要辅助伴侣Hsp40(如DnaJ)与核苷酸交换因子(nucleotideexchangefactors，NEFs)共同作用才能发挥伴侣功能吲。170ACTABIOPHYSICASINICAIVo1．30No．3lApr．2014于志超等：介导新生肽链折叠的胞质分子伴侣结构、功能及作用机制研究进展Merz等人[32]通过对蛋白模型的一系列研究，阐明了TF使得多肽的疏水链发生折叠并被包埋、同时会延缓多肽折叠的过