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分子伴侣：分子伴侣（chaperon)：细胞一类保守蛋白质，能识别肽链的非天然构象，通过与疏水肽段“结合和释放”（需要消耗ATP),防止蛋白质不正确的叠折，简化正确折叠途径或提供折叠的微环境。
超二级结构的概念：指蛋白质中相邻的二级结构单位(α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲)组合在一起，形成有规则的在空间上能辩认的二级结构组合体。
又称为花样或模体称为基元。
超二级结构在结构层次上高于二级结构，但没有聚集成具有功能的结构域米氏常数Km的意义：①物理意义: 当反应速度达到最大反应速度（Vmax)的一半时的底物浓度. 单位：mol·L-1或mmol·L-1②Km是酶的特征常数之一。
一般只与酶的性质、底物种类及反应条件有关，与酶的浓度无关。
对于专一性不强的酶来说对于每一个底物都有一个相应的Km值.半不连续复制：DNA聚合酶只能按5…—3‟方向催化合成DNA不能催化3…—5‟方向合成, 这样一条链连续合成和另一条链不连续合成的复制方式,称为DNA的半不连续复制操纵子：原核生物中几个功能相关的结构基因成簇串联排列组成的一个基因表达的协同单位（DNA序列）.一个操纵子只含有一个启动序列，但转录的产物为一条mRNA分子，带有编码几种蛋白质的信息。
TRNA的结构特点：一级结构：70-90b，分子量在25kd左右，沉降系数4S左右（分子量三种主要RNA中最小）有较多稀有碱基（DHU 、T、ψ、mG和mA等）3‟末端为…CCA-OH5‟末端大多为pG…或pC…t RNA二级结构：三叶草形四环：二氢尿嘧啶环（D环）、反密码环、额外环、TψC环四臂：氨基酸臂、二氢尿嘧啶臂、反密码臂、TψC臂（1）tRNA的二级结构由四臂、四环组成。
已配对的片断称为臂，未配对的片断称为环。
（2）叶柄是氨基酸臂。
其上含有CCA-OH3’，此结构是接受氨基酸的位置。
（3）氨基酸臂对面是反密码子环。
在它的中部含有三个相邻碱基组成的反密码子，可与mRNA 上的密码子相互识别。
合用标准文案三、分子伴侣与疾病1 分子伴侣是双刃剑(Henderson 1996)(1)分子伴侣的免疫保护作用分子伴侣不但是胞内蛋白折叠、组装与转运的帮助蛋白，更令人惊诧的是它还能够够成为感染性疾病中的免疫优势抗原〔immunodominant antigens〕，激发宿主体内的体液免疫反响和 T 细胞介导的细胞免疫反响，证明在细菌或寄生虫感染中拥有免疫保护作用〔 Minowanda 1995, Young 1992〕。
这说明分子伴侣有可能用作疫苗，来抵抗微生物的感染，并用来治疗肿瘤和自己免疫疾病〔 Suto1995 〕。
用一个 96Ku的肿瘤相关分子伴侣免疫肿瘤病人，已进入一期临床实验〔 Edgington 1995〕。
动物疾病模型中的胰岛素依赖型糖尿病、风湿病等可被分子伴侣cpn60控制，可能是 cpn60- 反响性 T 淋巴细胞起了作用。
某些情况下，分子伴侣如 cpn10中的妊娠早期因子〔early pregnancy factors, EPF〕拥有免疫控制作用，所以拥有安胎、防范习惯性流产等治疗价值〔 Cavanagh 1994 〕。
生理情况下，诱导热休克蛋白 Hsp70 等的过分表达，能使机体拥有更高的缺血耐受能力，减少急性成人呼吸窘态症造成的器官损害〔Currie 1993〕。
眼球晶状体中的 (-晶体蛋白〔 (-crystallin〕能够防范其他晶体蛋白的齐聚和浊化，所以能够防治白内障〔Graw 1997 〕。
随着年龄的增加和受紫外线照射累加效应的影响，可以致(-晶体蛋白的分子伴侣活性减弱，这常常是老年性白内障的病因之一。
而有些药物如阿斯匹林、indomethacin等也能介导产生热休克反响。
(2)分子伴侣的致病作用细胞内再生肽链的折叠过程中，其正确折叠需要帮助蛋白如分子伴侣和折叠酶等的参加和介导；而蛋白质的降解还能够够由分子伴侣供应的“质控系统〔 quality control system〕〞辅助完成 (Hammond 1995,) 。
分子伴侣是一种引导蛋白质正确折叠的蛋白质。
当蛋白质折叠时，它们能保护蛋白质分子免受其它蛋白质的干扰。
很多分子伴侣属于热休克蛋白（例如HSP-60），它们在细胞受热时大量合成。
热激可导致蛋白质稳定性降低，增加错误折叠的几率，因此在受到热刺激时，细胞中的蛋白质需要更多热休克蛋白的帮助。
目录1基本简介分子伴侣是细胞中一大类蛋白质, 是由不相关的蛋白质组成的一个家系，它们介导其它蛋白质的正确装配，但自己不成为最后功能结构中的组分。
分子伴侣的概念有三个特点:①凡具有这种功能的蛋白，都称为分子伴侣，尽管是完全不同的蛋白质。
②作用机理是不清楚的,故用了“介导”二字,以含糊其辞,“帮助”二字可理解为：通过催化的或非催化的方式，加速或减缓组装的过程，传递组装所需要的空间信息，也可能抑制组装过程中不正确的副反应。
③分子伴侣一定不是最终组装完成的结构的组成部分，但不一定是一个分离的实体。
如一些蛋白水解酶的前序列，以及一些核糖核蛋白体的加工前的部分，若具分子伴侣的作用，也称为分子伴侣。
组装的涵意比较广,主要指:帮助新生肽的折叠、帮助新生肽成熟为活性蛋白、帮助蛋白质跨膜定位、亚基组装等。
2发现历程分子伴侣1987 年Lasky首先提出了分子伴侣的概念。
他将细胞核内能与组蛋白结合并能介导核小体有序组装的核质素称为分子伴侣。
根据 Ellis的定义，这一概念延伸为“一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，它们在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份”。
热休克蛋白就是一大类分子伴侣。
1987年，Ikemura发现枯草杆菌素的折叠需要前肽的帮助。
这类前肽常位于信号肽与成熟多肽之间，在蛋白质合成过程中与其介导的蛋白质多肽链是一前一后合成出来的，并以共价键相连接，是成熟多肽正确折叠所必需的，成熟多肽完成折叠后即通过水解作用与前肽脱离。
Shinde和Inouye将这类前肽称为分子内伴侣。
分子伴侣名词解释细胞生物学
分子伴侣是指在细胞生物学中，与细胞内特定分子发生相互作用并且紧密相关的伴侣分子。
这些伴侣分子可能是其他蛋白质、脂类或核酸分子，它们与目标分子通过相互识别的结构域或序列发生相互作用，并参与细胞内的信号传导、代谢调控、基因调控等生物学过程。
分子伴侣在细胞内起着非常重要的作用，它们能够通过与目标分子的相互作用，调控目标分子的活性、稳定性、位置、转运等方面的功能。
具体来说，分子伴侣可以辅助目标分子正确折叠成功能性构象，帮助目标分子与其他分子发生特定的相互作用，促进目标分子的稳定性或降解，调控目标分子在细胞内的定位，以及调节目标分子的活性和功能。
举例来说，分子伴侣如分子伴侣蛋白（如分子伴侣蛋白Hsp70、Hsp90等）可以与结构不稳定或错误折叠的蛋白质相互作用，
协助其正确折叠，防止其聚集或降解。
分子伴侣还可以与信号分子或转录因子相互作用，参与信号传导、转录调控等过程，影响基因的表达。
总之，分子伴侣在细胞内的分子交互作用中具有重要的调控功能，通过与目标分子的相互作用，能够影响细胞内的生物学过程，从而维持细胞的正常功能。
分子伴侣定义第一个分子伴侣（Molecula chaperone）-核质素是Laskey等于1978年在非洲爪蟾（Xenopus laevis）卵的浸出液中发现的[1]。
1980年，R.J.ELLis 在研究叶绿体内的核酮糖 1，5-二磷酸羧化酶-加氧酶（Ribulose1，5-lisphosphate carboxy-lase-oxygenase，Rubisco）时发现了继核质素之后的第二个分子伴侣。
1993年Ellis对分子伴侣做了确切的定义：即分子伴侣是一类帮助其他含多肽结构的物质在体内进行正确的非共价的组装，但并不构成被帮助的蛋白质的组成部分的相互之间有关系的蛋白质[2]。
经过几十年的研究，分子伴侣的概念已经扩展到是一类能帮助其他蛋白进行正确折叠、组装、转运、介导错误折叠的蛋白质进行降解、参与抗原的加工呈递和染色体的复制[3]，并作用于一些信息转导分子以调节生长发育的蛋白质。
作用及作用机制分子伴侣能够识别并调节细胞内多肽的折叠,除了能介导新生肽链的折叠、装配这一广为人知的功能外,还具有介导蛋白跨质膜转运[4]、调控信息传递通路和转录复制[3]、参与微管形成与修复和防止未折叠的蛋白质变性、免疫调控、抗肿瘤和病毒感染、促进细胞具有无限分裂潜能而抗衰老[5]等多重功能。
分子伴侣的多重功能大多是通过多肽链的正确折叠和协助具有不同功能的蛋白的形成来实现的。
大部分蛋白的形成是在核糖体结合因子(ribosome-bound factors) -Hsp70- 伴侣素(chaperonins)三个分子伴侣组件的介导下折叠完成的。
核糖体结合因子是与多肽链最早结合的一类分子伴侣，主要通过结合多肽链的疏水区域来保持多肽的可溶性，且与Hsp70相互协作完成多肽的初步折叠[6]。
Hsp70能识别短序列的疏水残基，在Hsp40和NEFs的调控下，同时伴随着 ATP 的结合与水解，Hsp70的构象相应发生变化，从而完成与底物的结合和释放循环。
课程论文题目分子伴侣的作用机理及研究进展学院动物科学学院专业水产养殖年级2012级学号21217059姓名彭超指导教师龚兴国成绩_____________________2012 年10 月17 日分子伴侣的作用机理及研究进展彭超浙江大学动物科学学院，杭州 310000摘要：分子伴侣是一类能够稳定另一种蛋白质的不稳定构象和协助其它多肽进行正常折叠、组装、跨膜转位、降解错误折叠蛋白质的蛋白质, 并在DNA的复制、转录、细胞信号转导、微管的形成和修复、免疫调控、抗肿瘤和病毒感染、细胞抗衰老等过程中发挥重要作用的蛋白质。
自分子伴侣发现以来，对其功能和作用机理进行了广泛而深人的研究。
本文综述了分子伴侣的概念、类型及功能，作用机理及应用方面的研究进展。
关键词：分子伴侣生物学功能作用机理1 分子伴侣的概念及其发展随着X-射线衍射技术与二维核磁共振技术的不断发展, 已有几百种蛋白质三维结构研究得比较清楚。
但对于这些蛋白质是如何折叠成天然构象的机制和途径还知之甚少。
一般认为, 蛋白质分子的三级和四级结构完全决定于多肽的氨基酸顺序。
Anfinsen提出的“多肽链的氨基酸顺序包含了形成其热力学上稳定的天然构象所必需的全部信息”的理论表明，在体外变性伸展的多肽链或在细胞内合成的新生肽链，应该可以自发地折叠并形成有功能的构象，而不需要其他分子的帮助和外加能量的补充[1]。
但人们已经发现许多蛋白质在体外并不能自发折叠。
而生物体活细胞内蛋白质的浓度非常高，在高等生物体温下十分容易聚合。
事实上这种聚合在生物体内并未发生，这表明生物在进化过程中形成了克服这种危险聚合的机制。
因此，经典的蛋白质折叠的“自组装学说”受到了有力的挑战。
而新的“有帮助的组装”的观点认为，新生肽链折叠并组装成有功能的蛋白质并非都是自发进行的，在相当多的情况下是需要其他蛋白质的帮助。
而帮助蛋白就是分子伴侣[2]。
自从分子伴侣被确认以来，人们发现几乎在细胞代谢的所有过程中都有分子伴侣发挥作用[3]。
近年来的一些研究表明,很多蛋白质的折叠与装配有其它蛋白或酶的参与, 其中分子伴侣就是研究得最多的一种。
分子伴侣（molecular chaperones）是一类进化上非常保守的蛋白质, 能与结构、大小、定位和最终功能都不相同的多肽链非特异性结合, 催化介导蛋白质特定构象的形成, 参与体内蛋白质的折叠、装配与转运[4]。
蛋白质的空间结构是体现生物功能的基础, 蛋白质的折叠则是形成空间结构的过程。
下面我们回顾一下分子伴侣的概念提出的过程。
早在1961年, Anfinsen提出的“多肤链的氨基酸顺序包含了形成其热力学上稳定的天然构象所必需的全部信息”理论为人们广泛接受。
1962年,Ritossa首先在果蝇体内发现HSP[5]。
1974年,Tisseres从热激果蝇幼虫的唾液腺等部位分离到了6种新的蛋白质, 即HSP[6]。
1978年，Laskey等首先开始使用分子伴侣这一概念。
他们在研究非洲爪蟾核小体形成时发现一种酸性核蛋白-nucleoplasmin。
实验表明它在DNA与组蛋白装配成核小体时是必需的。
在生理离子强度下, 体外把DNA与组蛋白混合在一起, 不能自我组装, 而是形成沉淀。
如果把组蛋白与过量nucleoplasmin混合,再加入DNA, 则可形成核小体结构, 而且最终形成的核小体中没有nucleoplasmin。
现在认为nucleoplasmin的作用可能是避免带负电的DNA 与带正电的组蛋白之间强静电吸引而形成非特异结合的不溶聚合物[4]。
1993年,Ellis对分子伴侣做了更为确切的定义:即分子伴侣是一类相互之间有关系的蛋白, 能够结合和稳定另外一种蛋白质的不稳定构象, 它们的功能是帮助其他含多肽结构的物质在体内进行正确的非共价的组装, 有控制的结合和释放, 促进新生多肽的折叠、多聚体的装配或降解及细胞器蛋白的跨膜运输等, 并且不是组装完成的蛋白质在发挥其正常的生物功能时的组成部分[7]。
2 分子伴侣的主要类型2.1 分子伴侣分子伴侣帮助指导蛋白质正确的折叠与装配，但并不构成被帮助的蛋白质的组成部分。
研究表明：分子伴侣是进化上非常保守的一些蛋白质家族，被广泛发现于真菌的细胞质、线粒体、叶绿体以及古细菌的细胞质中。
目前已发现的分子伴侣有: Hsp28 家族；Hsp40 (DnaJ) 家族；Hsp60 (GroEL) 家族( 包括Hsp60 )；Hsp70 (DnaK) 家族(包括Hsp 70、Hsc70、P75、BIP以及GRP78)；Hsp90 (HtpG) 家族( 包括Hsp90、Grp94和Grp96)；Hsp100 (Clp) 家族(包括Hsp100 和Hsp104等) [8]。
可见分子伴侣中最大的一类是热休克蛋白HSP(Heat Shock Proteins)。
不但在热刺激条件下表达, 在其它条件下如植物在冻害期、种子在萌发期和成熟期, 哺乳动物的大脑、肌肉及生殖细胞在分裂、分化时期均有相应的HSP表达, 且不同机体在同样胁迫条件下产生不同的HSP [9]。
2.2 分子内分子伴侣最近的一些研究进展表明，有许多含前导肽(Pro肽)的前体形式合成的蛋白质，如枯草杆菌素α-水解蛋白酶，羧肽酶Y以及米根霉菌的脂酶等，在缺乏Pro肽的情况下，不能自发形成具有活性的酶，这些蛋白质的折叠与成熟必须要有Pro肽的存在才能完成。
所以，Pro 肽能够辅助蛋白质的折叠和成熟，具有与分子伴侣类似的功能。
为此，Shinde和 Inouye 提出了分子内分子伴侣的概念(IMC)。
已经发现越来越多的蛋白质，如嗜热菌蛋白酶和组织蛋白酶C等的Pro肽都具有分子内分子伴侣的功能[10]。
2.3有酶活力的分子伴侣研究表明：折叠酶也可以帮助蛋白质折叠，这类酶催化与蛋白质折叠直接有关的、对形成功能构象所必需的共价键变化。
至今仅有2种酶被确定为折叠酶：一种是蛋白质二硫键异构酶 ( PDI )，它催化蛋白质分子中二硫键的形成[11];另一种是肽基脯氨酰顺反异构酶(PPI)，它催化蛋白质分子中某些稳定的反式肽基脯氨酰键，异构成为功能蛋白所必需的顺式构型。
在体外的条件下，PDI 能够催化多肽链折叠成有利于形成天然二硫键所需的构象，而不需要其他分子伴侣的帮助[12]。
王志珍等于1993年首先提出了“蛋白质二硫键异构酶既是酶又是分子伴侣”的假说,并得到越来越多的体内外实验数据的支持[13]。
为了能够确切地将PDI 可能具有的分子伴侣活性与它的异构酶活性区分开，他们选用3-磷酸甘油醛脱氢酶和硫氰酸酶等不含二硫键的蛋白质作为靶蛋白证实了PDI确实具有帮助变性蛋白进行重折叠的能力。
PDI在帮助3-磷酸甘油醛脱氢酶和硫氰酸酶折叠过程中表现的性质与Ellis 对分子伴侣的定义完全一致，而且也符合Jakob 和Buchner所提出的判断分子伴侣的4 条标准，由于在这两种靶蛋白的折叠过程中不涉及二硫键的形成，所以PDI帮助它们复性的效应与它的异构酶活性无关，而这一点正好说明它的分子伴侣活性。
在嗜热古细菌中发现的一种催化二硫键形成的酶，在帮助它自己的乙醇脱氢酶和谷氨酸脱氢酶折叠时的作用与分子伴侣十分相似，而这两种脱氢酶也是不含二硫键的。
现在也发现了一些典型的分子伴侣具有酶的活力[14]。
3 分子伴侣的生物学功能及研究进展分子伴侣能够识别并调节细胞内多肽的折叠, 除了能介导新生肽链的折叠、装配这一广为人知的功能外, 还具有介导蛋白跨质膜转运、调控信息传递通路和转录复制、参与微管形成与修复和防止未折叠的蛋白质变性、促进细胞具有无限分裂潜能而抗衰老网等多重功能。
3.1 分子伴侣在蛋白质折叠和成熟中的作用3.1.1 分子内分子伴侣在蛋白质折叠和成熟中的作用现已发现的所有胞外蛋白质都以前体形式合成，其中己知许多蛋白酶的正确折叠必须依赖Pro肽的帮助。
说明Pro辅助的蛋白质折叠是一种普遍存在的折叠机制。
大量的研究表明，IMC在蛋白质折叠过程中起降低过渡状态活化能的作用，从而使折叠反应容易完成。
1992年，Baker等进行aLP的体外复性研究时捕获到一种折叠中间体I态。
分析表明，I态的结构特征介于天然态N和完全变性态U之间。
I相对N构象更为松散，它具有与N非常类似的二级结构，但几乎或完全没有三级结构，表明I是一种熔球状态折叠中间体，该中间体在没有变性剂存在下，在生理pH值条件下可以稳定存在数周时间，一旦加入Pro部分，则迅速转化为有活性的天然态的酶[10]。
Shinde等发现，突变型Pro肽和野生型Pro肽在帮助同样的枯草杆菌蛋白酶体外折叠时，折叠成熟的蛋白酶表现出不一样的酶学特性。
尽管它们的蛋白酶部分具有完全一样的氨基酸序列。
这两种枯草杆菌蛋白酶具有不同的二级结构、不同的热稳定性及不同的底物特异性。
如把枯草杆菌蛋白酶的Pro肽第48位的Ile突变为Val或Thr，仅仅是Pro肽的单一氨基酸的突变，就明显改变了折叠结果，导致成熟的酶具有不同的酶学特性。
这表明完全一样的多肽在不同的IMC的帮助下，可以通过折叠形成具有不同活性的构象。
这似乎表明作为IMC的Pro肽在辅助蛋白质折叠的过程中起类似模板的作用，在折叠过程中，IMC为蛋白质折叠提供了立体空间信息[14]。
研究表明，蛋白质在体外折叠过程中，如果没有Pro肽，蛋白质会折叠形成熔球态的中间体，当加入Pro肽后，中间体迅速折叠成有活性的酶，这说明Pro肽可能只在折叠反应的后期阶段起分子伴侣的作用，而且伴随着Pro肽的切除及降解，蛋白质三维结构进行了调整，从而达到最终成熟的天然构象。
3.1.2 分子伴侣在新生蛋白质的折叠和组装及变性蛋白质的恢复过程中的作用在新生肽链折叠的过程中，或在变性蛋白质复性过程中，会形成一些折叠中间体。
这些折叠中间体有可能形成在最终成熟蛋白分子中不存在的瞬间结构，它们常有一些疏水性的表面。
这些错误的表面之间就有可能发生相互作用而形成没有活性的分子，甚至造成分子的聚集和沉淀。
所以，折叠过程是一个通过折叠中间体的正确途径与错误途径相互竞争的过程。
分子伴侣的功能就是提高蛋白质的正确途径的竞争机率[15]。
就GroEL-GroES介导的蛋白质折叠，Jue等提出了两种模型：(1)胶囊化模型 :在多核苷酸存在的情况下，GroES 可以顺式结合到多肽-GroEL 二元复合体上，封住了多肽，提供了一个保护的环境，使蛋白质不可能聚集，同时GroES 的结合诱导GroEL 构象发生了大的变化，使中央空腔体积加倍并且掩盖了疏水多肽结合区，刺激了多肽的折叠反应，当折叠持续约15～30s后，ATP水解，释放GroES，同时使多肽也有机会离开GroEL 复合体，释放的多肽或者发生了去折叠，或者已经折叠，或重新结合相同或不同的GroEL 复合体，这样再结合可能诱导错误折叠的多肽发生去折叠，最终保证了多肽的正确折叠。
