熱休克蛋白課件

1、熱休克蛋白畜牧獸醫(yī)學(xué)院05生技3班 李超81050639Ellis定義的分子伴侶： 幫助其他含多肽結(jié)構(gòu)的物質(zhì)在體內(nèi)進行正確的組裝，并且不是組裝后的結(jié)構(gòu)發(fā)揮其正常的生物功能的組分，它們是結(jié)構(gòu)可以完全相同，也可以完全不同的蛋白質(zhì)的總稱。其中最大的一類分子伴侶是熱休克蛋白（heat shock proteins,HSP）。休克蛋白生成的誘因在正常生理條件下，如細胞的增生和分化、胚胎的生長和發(fā)育、激素的刺激等，熱休克蛋白即呈基礎(chǔ)表達。正常生長條件下，所有細胞中，熱休克蛋白占總蛋白量的5%-10%。 在應(yīng)激條件下，熱休克蛋白表達明顯增加，且可發(fā)生移 位。這些應(yīng)激包括：1 體外環(huán)境應(yīng)激：熱、冷、有機物、重

2、金屬（砷、鎘等）、缺氧等。2 體內(nèi)病理生理應(yīng)激：基因損傷、組織創(chuàng)傷、微生物感染等。熱休克蛋白的組成和結(jié)構(gòu)組成鄔堂春等于1995年從人體腫瘤細胞株，大鼠肝臟和心臟，家兔和小鼠肝組織純化了主要的熱休克蛋白HSP70并分析了它的氨基酸組成在所測的5種來源的HSP70中，含量位于前三位的氨基酸除大鼠心臟為甘氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸外，其余的均為甘氨酸、谷氨酸和天冬氨酸。所有來源的HSP70均富含苯丙氨酸、賴氨酸、纈氨酸、亮氨酸和脯氨酸。熱休克蛋白的組成和結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)Flynn等的研究表明：HSP70的氨基酸的一級結(jié)構(gòu)可分為3個功能域： 近N端為45kDa大小結(jié)構(gòu)上高度保守的氨基酸序列，具有ATPase活性區(qū)

3、，比羧基端部分具有更高的保守性，與不同生物的HSP70所共有的生化特性有關(guān)； 緊接著為18kDa大小相對保守的氨基酸序列，是多肽的結(jié)合部位； 近C端有約10kDa結(jié)構(gòu)上多變的氨基酸序列，其結(jié)構(gòu)尚不明，可能與特定的一組蛋白底物相互作用有關(guān)。熱休克蛋白的分類 HSP100家族 HSP90家族（分子量約83-90kDa） HSP70家族（分子量約66-78kDa） HSP60家族和小分子量smHSP家族（分子量 約12-43kDa） 泛素分類種屬細胞中的定位HSP60家族GroEL(GroES)大腸桿菌內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Cpn60(cpn10)真核細胞線粒體和葉綠體RBP植物葉綠體Mif4p酵母線粒體HSP90

4、家族HtpG大腸桿菌細胞質(zhì)Hsp90哺乳動物細胞質(zhì)Hsp83、Hsp87酵母和果蠅細胞質(zhì)gp96肉瘤細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和胞液Grp94哺乳動物內(nèi)質(zhì)網(wǎng)HSP90為組成型表達的蛋白，包括和2種分子，是HSP家族中為數(shù)不多的含有內(nèi)含子的成員之一。HSP90作為特異分子伴侶與類固醇激素受體（包括GR、PR、ER、RAR、VDR等）、信號傳導(dǎo)途徑中的酷氨酸蛋白激酶、絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶等分子結(jié)合，調(diào)節(jié)它們的生物活性，防止蛋白質(zhì)的變性和聚集。概述泛素(ubiquitin)是一種存在于大多數(shù)真核細胞中的小蛋白。它的主要功能是標(biāo)記需要分解掉的蛋白質(zhì)，使其被水解。當(dāng)附有泛素的蛋白質(zhì)移動到桶狀的蛋白酶的時候，蛋白酶就會

5、將該蛋白質(zhì)水解。泛素也可以標(biāo)記跨膜蛋白，如受體，將其從細胞膜上除去。 泛素76個氨基酸組成，分子量大約8500道爾頓。它在真核生物中具有高度保留性，人類和酵母的泛素有96%的相似性。 HSP70一些較小的分子伴侶從蛋白質(zhì)離開核糖體那一刻起就開始保護它們。在這個階段，蛋白質(zhì)還沒有形成折疊結(jié)構(gòu)，伸展的肽鏈上暴露出許多富含碳的基團，很容易造成聚集沉淀。HSP-70能夠識別并結(jié)合于這些疏水基團，從而避免其與周圍基團的聚合。當(dāng)多肽鏈開始折疊時，HSP-70由ATP供能，從肽鏈上釋放出來。HSP70HSP-70由兩個結(jié)構(gòu)域組成：一個結(jié)構(gòu)域（蛋白質(zhì)編號1dkg）是ATP的結(jié)合位點，并且控制ATP的結(jié)合過程，

6、（分子結(jié)構(gòu)如圖A所示）另一個結(jié)構(gòu)域（蛋白質(zhì)編號1dkz）是富含碳的肽鏈的結(jié)合位點（分子結(jié)構(gòu)如圖B所示）圖中以粉色表示的小肽段是蛋白質(zhì)結(jié)合的縫隙圖底部的水母狀結(jié)構(gòu)的前折疊因子（蛋白質(zhì)編號1fxk）也執(zhí)行類似的功能，即包裹折疊過程中的蛋白質(zhì)鏈。AB目前，HSP70被認為是哺乳動物細胞HSPs中最重要，也是研究最為深入的HSPs家族，這與它所具有的生物學(xué)特性密切相關(guān)：HSP70生物界的普遍性，從原核生物到真核生物都有HSP70的表達，同一生物體內(nèi)的不同組織內(nèi)亦均有表達。高度的保守性，不同生物來源的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部分較C端1/3部分還

7、要保守得多。正常情況下HSP70在細胞內(nèi)呈基礎(chǔ)表達，表達水平較低；而在高溫及各種有害應(yīng)激狀態(tài)下，HSP70的合成速度顯著增加，一般數(shù)分鐘內(nèi)即可達到最高水平，而原來的蛋白質(zhì)合成則減少，以提高生物體的抗應(yīng)激能力。正常情況下HSP70位于細胞漿內(nèi)，當(dāng)細胞遭受應(yīng)激作用時，HSP70迅速移入細胞核內(nèi)并包圍核仁，細胞漿內(nèi)只有少量存在；而應(yīng)激消除后細胞處于恢復(fù)階段時，細胞核內(nèi)HSP70又返回胞漿，在細胞漿6內(nèi)呈低水平表達，再次應(yīng)激又重新返回細胞核。HSP70家族成員在細胞內(nèi)的分布不同，但均具有與核苷酸特別是與ADP或ATP結(jié)合的特性。熱休克蛋白的合成過程目前認為HSP的合成過程如下：應(yīng)激因素導(dǎo)致細胞漿內(nèi)的部

8、分蛋白質(zhì)變構(gòu)或變性，變性的蛋白質(zhì)分子啟動一種叫熱休克蛋白因子（heat shock factor,HSF）的蛋白質(zhì)磷酸化并聚合形成三聚體，進入細胞核并與位于HSP基因增強子中的熱休克元素（heat Shock Element，HSE）相結(jié)合，這一過程可激活增強子轉(zhuǎn)錄mRNA合成，并進一步合成HSP。新合成的HSP與變性的蛋白質(zhì)結(jié)合，并反饋抑制HSP的合成。在應(yīng)激狀態(tài)下HSP70可顯著升高熱休克蛋白的主要分子生物學(xué)特征高度保守性 熱休克蛋白被認為是生物進化最保守的成分，不同種細胞產(chǎn)生的HSPs分子序列絕大部分相同或類似。但不同族HSPs之間則無明顯序列同源性（如HSP60和HSP70之間）。非特異性除熱環(huán)境以外，其他的物理，化學(xué)及生物應(yīng)激原，如缺血、缺氧、感染、創(chuàng)傷、重金屬離子、氧自由基等均可誘導(dǎo)HSPs的產(chǎn)生。時間性交叉耐受性 弱的ATP酶活性 模擬性 雙重性 HSP60HSP-60是一種典型的分子伴侶，它可以為正在折疊的蛋白質(zhì)提供一個附著環(huán)境，從而起到保護折疊過程的作用GroEL-GroES復(fù)合體熱休克蛋白的主要功能參與抗原加工、呈遞協(xié)同免疫作用（免疫應(yīng)答）參與免疫細胞的發(fā)育、分化、激活參與淋巴細胞歸巢輔助免疫求蛋白的