基本简介

分子伴侣

1987年，Ikemura发现枯草杆菌素（subtilisin）的折叠需要前肽（propeptide）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（intramolecular chaperones）。

历史沿革

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。

1987 年 Lasky首先提出了分子伴侣（molecular chaperones）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（ nucleoplasmin ）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（subtilisin）的折叠需要前肽（propeptide）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（intramolecular chaperones）。

功能

参与新生肽链

首先，在蛋白合成过程中，伴侣分子能识别与稳定多肽链的部分折叠的构象，从而参与新生肽链的折叠与装配。例如，植物光合作用的关键酶——二磷酸核酮糖羧化酶加氧酶（Rubisco）在合成时，新合成的亚基单体组装成全酶（共8 个大亚基、8个小亚基，大亚基基因组叶绿体编码，小亚基基因组核编码）之前，就有Rubisco结合蛋白（RBP）参与，实际上就是一种“分子伴侣”。大亚基先与RBP结合，然后与转运进叶绿体的小亚基装配成完整的全酶。抗RBP的抗体阻止新合成的亚基装配成Rubisco。类似的还有大肠杆菌中的“分子伴侣”GroEL，它与GroEs基因构成Gro操纵子，成为热休克蛋白基因调节因子的重要组成部分，参与侵入噬菌体衣壳的组装。线粒体基质中的HSP60（单体分子量60KD，但实际上是十四聚体）参与了 H+-ATP酶F1的β-亚基跨越线粒体膜后与其它亚基间的组装以及鸟氨酸转氨甲酰酶的折叠与组装。内质网膜上的“分子伴侣”免疫球蛋白重链结合蛋白 (Bip）能促进跨膜输入的蛋白质的组装。随着基因工程研究的发展，人们还发现将外源基因导入大肠杆菌进行表达时，其产物虽具有预定一级结构，但并未形成具生物活性的空间结构，这提醒人们有必要了解外源基因在原来生物体内表达时是否有分子伴侣的参与？是哪一类分子伴侣的参与？这些问题的澄清无疑将提高基因工程的效益。

参与蛋白运送

在蛋白跨膜运送过程中，也有分子伴侣的参与。核糖体上新合成的多肽在定向跨膜运送到不同细胞器时，要维持非折叠状态。分子伴侣Hsp70家族在蛋白移位中就能打开前体蛋白的折叠，这时跨膜蛋白疏水基团外露，分子伴侣能够识别并与之结合，保护疏水面，防止相互作用而凝聚，直至跨膜运送开始。跨膜运送后，分子伴侣又参与重折叠与组装过程。

修复热变性蛋白

另外，特别值得一提的是，有一类分子伴侣属于热休克蛋白 (HSP）。这种蛋白是1962年Ritossa在研究果蝇唾腺染色体时首先发现的。果蝇一般在25℃正常生长，当外界温度升至30～40℃时，果蝇体内产生较多的HSP。后来又在酵母、玉米、大豆、大肠杆菌等中发现。当外界温度高出正常生长温度10～15℃，HSP大量诱生。近年来的研究表明在正常生长条件下，这类HSP仍少量存在。以前认为HSP功能是机体为应付不良环境产生对热变性蛋白的修复，进一步研究才知正常生理条件下，HSP对蛋白跨膜运输，结构折叠也有重要作用。上面提及的HSP70、HSP60、GroEL都属于HSP。

进一步探讨

分子伴侣的作用机理还了解不多，很多问题有待进一步探讨。很有意义的是，每一类分子伴侣在进化上都具有较大的保守性。例如，大肠杆菌中参与噬菌体衣壳组装GroEL与植物叶绿体中Rubisco亚基结合蛋白RBP、线粒体基质中参与鸟氨酸转氨甲酰酶的折叠与组装的HSP60，它们的氨基酸组成上彼此有50%的同源性。抗RBP的抗体甚至与植物、人类、酵母和爪蟾的应激蛋白有交叉反应。

总之，关于分子伴侣的研究才刚刚起步，很多问题还有待深入。又由于分子伴侣对许多蛋白质在细胞内生命活动的发挥至关重要，它必将成为蛋白质化学、分子生物学研究中一个很活跃的领域。