HSP70蛋白家族研究进展【文献综述】.docVIP

毕业论文文献综述 生物技术 HSP70蛋白家族研究进展 摘要： 热休克蛋白Heat Shock Proteins(HSPs)，是自细菌到哺乳动物中广泛存在的一类热应激蛋白质，而HSP70的研究最为深入[1]。它具有广泛的生理生化功能。本文就HSP70基因的结构、功能和应用展望做了一番介绍。 关键词： HSP70 分子伴侣 结构 生物学功能 正文： 热休克蛋白Heat Shock Proteins(HSPs)，是自细菌到哺乳动物普遍存在的一类热应激蛋白质。当有机体暴露于高温刺激时，会因热刺激而诱导合成这种蛋白质来保护自身。许多热休克蛋白兼具分子伴侣性质[2]，因此HSP是在进化上非常保守的蛋白质家族。依蛋白质分子大小，可以将热休克蛋白分为五类，即HSP100，HSP90，HSP70，HSP60以及小分子热休克蛋白smHSP。HSP70蛋白质是其中功能较广的一种，也是被研究的最为深入的一种HSP蛋白。它不仅能够在高温等刺激下表达[3]，而且几乎是所有活体细胞中的重要组分。HSP70以分子伴侣功能在许多生物学过程中起到了关键作用。因此，研究HSP70家族及其系统的功能结构十分重要。 1 HSP70及其分子伴侣系统的结构 1.1 HSP70蛋白质的结构 HSP70在进化上是最为保守的蛋白质之一，其结构复杂，是由一个N端高度保守的44ku ATPase功能结构域域和一个分子量为25ku的C端区域构成。其N端ATPase功能域的结构类似于凝集素和己糖激酶的，主要由2个大的球形亚功能域I和II组成[4]。C端的拓扑学结构则是由一个紧密的β三明治结构和5个α螺旋组成[5]。 1.2 HSP70分子伴侣系统结构 HSP70具有多种生理生化功能，主要是由于它能以依赖ATP的方式结合和释放非天然构象多肽的疏水片段，并能够通过遮蔽这些片段而稳定蛋白质的松弛构象和阻止聚集。但是HSP不能独自起到上述作用，其功能需要依赖co-chaperone的调节作用。研究表明DnaJ能提高HSP70的ATPase的活性并促进其与底物的结合。DnaJ家族成员广泛存在于原核生物和真核生物中HSP70存在的区域，真核生物中已发现多种DnaJ-like，有些以膜结合形式出现，有些以溶解的形式存在于线粒体基质、内质网内腔和细胞质中。 DnaJ-like主要由N端保守的J功能域、富含甘氨酸区域、中央富含Cys区域和C端低同源区域组成[6]。尽管DnaJ-like蛋白质家族的成员结构有所不同，但均含有一个J功能域，J功能域可以调节HSP ATPase活性，它也是与HSP70互作所必须的功能域；其含Cys中心区有2个锌原子，像DNA结合蛋白的锌指一样，每个锌原子通过配位键与4个Cys结合，这个区域和部分C端功能域明显参与DnaJ-like与未折叠的多肽和蛋白质的结合过程。J功能域中疏水残基在序列上的保守程度与这些蛋白疏水核的结构组织有很强的相关性，而位于螺旋II和III外表面的残基和气连接环上的HPD三肽对DnaJ-like和其相应的HSP70相互作用的专一性有重要作用[7]。 2 HSP70的作用机理[8] HSP70 N端的ATPase功能域具有水解ATP的能力，C端多肽结合功能域能与未折叠的多肽结合。这两种功能结构域对于HSP70的分子伴侣功能至关重要。 研究表明，DnaK C端多肽结合功能域的α螺旋盖子能采用两种不同的状态[9]：当Dna K处于ATP结合状态时，α螺旋盖子处于开的状态，此时多肽能够容易地域HSP70结合和解离，形成的复合物不稳定；当结合的ATP水解为ADP时，Dna K与多肽形成的复合物处于ADP结合状态，此时α螺旋盖子处于闭合状态，复合物比较稳定。两种状态的转变与ATP水解、C多肽结合功能域和N端 ATPase功能域之间的相互关系有关。Dna J可以提高Dna K的ATPase活性，促进其转变为ADP状态；此外，GrpE与ATPase功能域的结合能够促进核苷酸交换，促使多肽的释放和HSP70的再生。 3 HSP70的功能 3.1 分子伴侣功能 HSP70参与蛋白质的折叠直到多肽合成完成,使蛋白质可以沿着折叠的通路进行，并以ATP依赖的方式结合未折叠多肽链的疏水区以稳定蛋白质的未折叠状态，再通过有控制的释放帮助其折叠[10]。可维持细胞蛋白自稳，提高细胞对应激原的耐受性，使细胞维持正常的生理功能[11]。HSP70分布广泛，参与许多细胞的正常生理过程，直接参与蛋白质从初生链的合成到多亚基复合体的折叠、装配的整个生物合成过程，并参与蛋白质向内质网的位移、参与分解错装蛋白质等，并与新生肽和多肽链中错配部分结合，对调节蛋白内环境的稳定性具有重要作用。HSP70在HSF等一系列基因调控机制下表达迅速增加，HSP70与新生、未折叠、错折叠