蛋白质折叠精选PPT.ppt

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1、关于蛋白质折叠关于蛋白质折叠第1页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质合成的基本步骤蛋白质合成的基本步骤第2页，讲稿共144张，创作于星期三n蛋白质折叠前后蛋白质折叠前后第3页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质折叠蛋白质折叠定义定义蛋白质折叠蛋白质折叠:狭义是蛋白质特定三维空间结构形成狭义是蛋白质特定三维空间结构形成的规律、稳定性和与其生物活性的关系。的规律、稳定性和与其生物活性的关系。蛋白质折叠是物理过程。多肽折叠成特定功能的三蛋白质折叠是物理过程。多肽折叠成特定功能的三维结构，维结构，“分子伴侣分子伴侣”的发现和鉴定改变了蛋白质折叠研的发现和鉴定改变了蛋白质折叠研究的经典概念究的经典概念

2、第4页，讲稿共144张，创作于星期三1961年年Anfinsen表现核糖核酸酶表现核糖核酸酶可变性后重折叠，可变性后重折叠，同时保持酶活性，从而表明蛋白折叠所有要求的同时保持酶活性，从而表明蛋白折叠所有要求的信息在其一级结构内。信息在其一级结构内。在折叠时，在环境条件（温度，溶剂和组成等）在折叠时，在环境条件（温度，溶剂和组成等）一定一定，天然结构是一个独特的，天然结构是一个独特的、稳定的和动力学自稳定的和动力学自由能最低的。由能最低的。Anfinsen原理：原理：Anfinsensdogma，自组装（，自组装（self-assembly）学说，）学说，“自组装热力学假说自组装热力学假说”，是

3、分子生物学，是分子生物学的一个假设的一个假设:顺序决定构象。顺序决定构象。Anfinsen因此而获得因此而获得1972年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖。蛋白质折叠的蛋白质折叠的发现发现第5页，讲稿共144张，创作于星期三Anfinsensdogma按照自组装学说按照自组装学说,一级结构决定空间结构的密码一级结构决定空间结构的密码叫作叫作“第二遗传密码第二遗传密码”。按照自组装学说按照自组装学说,每个蛋白多肽翻译从基因序列开每个蛋白多肽翻译从基因序列开始生成线性的氨基酸链，这种多肽没有三维结构。始生成线性的氨基酸链，这种多肽没有三维结构。然而链中氨基酸具有总的化学特征：疏水的，亲然而链中氨基酸具有总

4、的化学特征：疏水的，亲水性，或带电，可被认为蛋白质折叠机制水性，或带电，可被认为蛋白质折叠机制按照自组装学说按照自组装学说,每一步折叠都是正确的，充分每一步折叠都是正确的，充分的，必要的。实际上折叠过程是一个正确和错误的，必要的。实际上折叠过程是一个正确和错误途径相互竞争过程。边合成边折叠同时进行的协途径相互竞争过程。边合成边折叠同时进行的协调的动态过程。调的动态过程。第6页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质折叠的问题蛋白质折叠的问题蛋白质折叠：热力学和动力学问题蛋白质折叠：热力学和动力学问题在生理条件下多肽链折叠是热力学上有利的过程在生理条件下多肽链折叠是热力学上有利的过程多肽链折叠是一个

5、动力学的问题多肽链折叠是一个动力学的问题一一个个在在热热力力学学上上可可以以成成立立的的反反应应由由于于动动力力学学能能障障在实际上未必可以完成。在实际上未必可以完成。蛋白质在体外折叠和在细胞内折叠的问题蛋白质在体外折叠和在细胞内折叠的问题理论研究和实验研究的问题理论研究和实验研究的问题第7页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质折叠的蛋白质折叠的原理原理nAnfinsen学说：自组装（学说：自组装（self-assembly）nEllis1987年提出了蛋白质年提出了蛋白质“辅助性组装学说辅助性组装学说”。体内蛋白质。体内蛋白质折叠往往需要其他辅助因子参与，并伴有折叠往往需要其他辅助因子参与，

6、并伴有ATP的水解。的水解。因此，蛋白质折叠是一个热力学过程，也受动力学控制。因此，蛋白质折叠是一个热力学过程，也受动力学控制。n有的学者基于有些相似氨基酸序列的蛋白质具有不同的折有的学者基于有些相似氨基酸序列的蛋白质具有不同的折叠结构，而一些不同氨基酸序列的蛋白质在结构上却相似叠结构，而一些不同氨基酸序列的蛋白质在结构上却相似的现象，提出了的现象，提出了mRNA二级结构可能作为一种遗传密码从二级结构可能作为一种遗传密码从而影响蛋白质结构的假说。而影响蛋白质结构的假说。n目前为止，对蛋白质折叠机制的认识仍是不完整的，甚至有目前为止，对蛋白质折叠机制的认识仍是不完整的，甚至有些方面还存在着错误的

7、观点。些方面还存在着错误的观点。第8页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质折叠蛋白质折叠与生物信息流与生物信息流n在生物体内，生物信息流动可分为两个部分：在生物体内，生物信息流动可分为两个部分：n第一部分是存储于第一部分是存储于DNADNA序列中的遗传信息通过转录序列中的遗传信息通过转录和翻译传入蛋白质的一级序列中，这是一维信息之和翻译传入蛋白质的一级序列中，这是一维信息之间的传递，三联子密码介导了这一传递过程间的传递，三联子密码介导了这一传递过程n第二部分是肽链经过疏水塌缩、空间盘曲、侧第二部分是肽链经过疏水塌缩、空间盘曲、侧链聚集等折叠过程形成蛋白质的天然构象，同链聚集等折叠过程形成蛋白质

8、的天然构象，同时获得生物活性，从而将生命信息表达出来时获得生物活性，从而将生命信息表达出来n蛋白质折叠是蛋白质折叠是一维信息向三维信息的转化过程一维信息向三维信息的转化过程第9页，讲稿共144张，创作于星期三细胞内的蛋白质折叠细胞内的蛋白质折叠体内折叠过程往往与翻译共启始，因此，体内折叠过程往往与翻译共启始，因此，N-末端末端蛋白开始折叠，而蛋白开始折叠，而C-末端部分仍在合成。末端部分仍在合成。氨基酸序列与折叠密切相关氨基酸序列与折叠密切相关化学修饰往往与肽链的折叠密切相关化学修饰往往与肽链的折叠密切相关折叠是有序的、由疏水力推动的协同过程。折叠是有序的、由疏水力推动的协同过程。最近的理论提

9、出了蛋白质折叠氢键的贡献最近的理论提出了蛋白质折叠氢键的贡献伴侣分子在折叠中起着辅助性的作用伴侣分子在折叠中起着辅助性的作用折叠在越折叠在越膜转运过程中：解开折叠后才能越膜转运过程中：解开折叠后才能越膜。第10页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质折叠的途径蛋白质折叠的途径第11页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质折叠的途径蛋白质折叠的途径n 独立折叠独立折叠n 热休克蛋白热休克蛋白7070辅助蛋白质折叠辅助蛋白质折叠n HSP70HSP70和伴侣协助配合下折叠和伴侣协助配合下折叠第12页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质折叠的理论模型蛋白质折叠的理论模型n框架模型（框架模型（Framew

10、ork ModelFramework Model）n疏水塌缩模型（疏水塌缩模型（Hydrophobic Collapse Hydrophobic Collapse ModelModel）n扩散扩散-碰撞碰撞-粘合机制粘合机制 （Diffusion-Diffusion-Collision-Adhesion ModelCollision-Adhesion Model）n成核成核-凝聚凝聚-生长模型（生长模型（Nuclear-Condensation-Nuclear-Condensation-Growth ModelGrowth Model）n拼版模型（拼版模型（Jig-Saw Puzzle Mod

11、elJig-Saw Puzzle Model）第13页，讲稿共144张，创作于星期三框架模型框架模型（FrameworkModel）n 假设蛋白质局部构象依赖于局部的氨基酸序列假设蛋白质局部构象依赖于局部的氨基酸序列n 在多折叠的起始阶段在多折叠的起始阶段,先迅速形成不稳定的二级先迅速形成不稳定的二级结构单元，称为结构单元，称为“flickeringcluster”n 随后二级结构靠近随后二级结构靠近,形成稳定的二级结构框架形成稳定的二级结构框架n 最后二级结构框架相互拼接，渐紧缩，形成三级结构。最后二级结构框架相互拼接，渐紧缩，形成三级结构。n 这个模型认为即使是一个小分子的蛋白也可以这个模

12、型认为即使是一个小分子的蛋白也可以一部分一部分的进行折叠一部分一部分的进行折叠,其间形成的亚结构域其间形成的亚结构域是折叠中间体的重要结构。是折叠中间体的重要结构。第14页，讲稿共144张，创作于星期三疏水塌缩模型疏水塌缩模型（HydrophobicCollapseModel）n在疏水塌缩模型在疏水塌缩模型 中，疏水作用力被认为是在中，疏水作用力被认为是在蛋白质折叠过程中起决定性作用的力的因素。蛋白质折叠过程中起决定性作用的力的因素。n在形成任何二级结构和三级结构之前首先发在形成任何二级结构和三级结构之前首先发生很快的非特异性的疏水塌缩。生很快的非特异性的疏水塌缩。第15页，讲稿共144张，创

13、作于星期三扩散扩散-碰撞碰撞-粘合机制粘合机制Diffusion-Collision-AdhesionModel）n蛋白质的折叠起始于伸展肽链上的几个位点，在这些位点上蛋白质的折叠起始于伸展肽链上的几个位点，在这些位点上生成不稳定的二级结构单元或疏水簇，主要依靠局部序列生成不稳定的二级结构单元或疏水簇，主要依靠局部序列（3-43-4个残基）相互作用来维系。个残基）相互作用来维系。n疏水簇以非特异性布朗运动方式扩散、碰撞、相互黏附，导致大疏水簇以非特异性布朗运动方式扩散、碰撞、相互黏附，导致大的结构生成并增加稳定性。的结构生成并增加稳定性。n进一步碰撞形成具有疏水核心和二级结构的类熔球态中间体。

14、进一步碰撞形成具有疏水核心和二级结构的类熔球态中间体。n球形中间体调整为致密的、无活性的类似天然结构的高度有序球形中间体调整为致密的、无活性的类似天然结构的高度有序熔球态结构。熔球态结构。n最后无活性高度有序熔球态转变为完整有活力的天然态。最后无活性高度有序熔球态转变为完整有活力的天然态。第16页，讲稿共144张，创作于星期三成核成核-凝聚凝聚-生长模型生长模型（Nuclear-Condensation-GrowthModel）n肽链中的某一区域可以形成肽链中的某一区域可以形成“折叠晶核折叠晶核”，以它，以它们为核心，整个肽链继续折叠进而获得天然构象。们为核心，整个肽链继续折叠进而获得天然构象

15、。n所谓所谓“晶核晶核”实际上是由一些特殊的氨基酸残实际上是由一些特殊的氨基酸残基形成的类似于天然态相互作用的网络结构，基形成的类似于天然态相互作用的网络结构，这些残基间不是以非特异的疏水作用维系的，这些残基间不是以非特异的疏水作用维系的，而是由特异的相互作用使这些残基形成了紧密而是由特异的相互作用使这些残基形成了紧密堆积。晶核的形成是折叠起始阶段限速步骤。堆积。晶核的形成是折叠起始阶段限速步骤。第17页，讲稿共144张，创作于星期三拼版模型拼版模型（Jig-SawPuzzleModel）n 中心思想是多肽链可以沿多条不同的途径进行中心思想是多肽链可以沿多条不同的途径进行折叠折叠,在沿每条途径

16、折叠的过程中都是天然结构在沿每条途径折叠的过程中都是天然结构越来越多越来越多,最终形成天然构象最终形成天然构象n每条途径的折叠速度都较快每条途径的折叠速度都较快,与单一途径折叠方式相与单一途径折叠方式相比比,多肽链速度较快多肽链速度较快,另一方面另一方面,外界生理生化环境外界生理生化环境的微小变化或突变等因素可能会给单一折叠途径造成的微小变化或突变等因素可能会给单一折叠途径造成较大的影响较大的影响 这些变化可能给某条折叠途径带来影响这些变化可能给某条折叠途径带来影响,但不影响另外的折叠途径但不影响另外的折叠途径,因而不会从总体上干扰多因而不会从总体上干扰多肽链的折叠肽链的折叠第18页，讲稿共1

17、44张，创作于星期三分子伴侣（分子伴侣（chaperonchaperon）n概念：伴随蛋白质构象正确形成的一类蛋白质。概念：伴随蛋白质构象正确形成的一类蛋白质。n类别：类别：n分子伴侣蛋白分子伴侣蛋白n折叠酶折叠酶nDNADNA分子伴侣分子伴侣n功能：功能：结合疏水基团结合疏水基团 校正校正 指导二硫键正确配对等指导二硫键正确配对等第19页，讲稿共144张，创作于星期三分子伴侣提出分子伴侣提出n1987，Lasky首先将细胞核内能与组蛋白结合并能首先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（介导核小体有序组装的核质素（nucleoplasmin）称）称为分子伴侣。为分子伴侣。n1

18、987Ellis的定义，一类在序列上没有相关性但有的定义，一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质，在细胞内帮助其他多肽完成正共同功能的蛋白质，在细胞内帮助其他多肽完成正确组装，而在组装完后与之分离确组装，而在组装完后与之分离n1987年，年，Ikemura发现枯草杆菌素的折叠需要前发现枯草杆菌素的折叠需要前肽（肽（propeptide）的帮助。）的帮助。Shinde和和Inouye将这类将这类前肽称为前肽称为分子内伴侣分子内伴侣（intramolecularchaperones）。）。第20页，讲稿共144张，创作于星期三分子伴侣的特征分子伴侣的特征n分子伴侣对靶蛋白没有高度专一性，同一分

19、子伴分子伴侣对靶蛋白没有高度专一性，同一分子伴侣可以促进多种氨基酸序列完全不同的多肽链折侣可以促进多种氨基酸序列完全不同的多肽链折叠成为空间结构。蛋白质性质和功能都不相关。叠成为空间结构。蛋白质性质和功能都不相关。n催化效率很低。需要水解催化效率很低。需要水解ATP，构象改变，释放，构象改变，释放底物，进行再循环。底物，进行再循环。n它是阻止错误折叠，而不是促进正确折叠。它是阻止错误折叠，而不是促进正确折叠。n多能性（胁迫保护，防止交联聚沉，转运，调多能性（胁迫保护，防止交联聚沉，转运，调节转录和复制，组装细胞骨架）节转录和复制，组装细胞骨架）n进化保守性进化保守性 第21页，讲稿共144张，

20、创作于星期三分子伴侣的作用机制分子伴侣的作用机制n分子伴侣的功能是识别新生肽段折叠过程中暂分子伴侣的功能是识别新生肽段折叠过程中暂时暴露的错误结构并与之结合生成复和物，从时暴露的错误结构并与之结合生成复和物，从而防止这些表面间过早的相互作用，阻止不正而防止这些表面间过早的相互作用，阻止不正确的非功能折叠途径，抑制不可逆聚合物产生，确的非功能折叠途径，抑制不可逆聚合物产生，促进折叠向正确方向进行。促进折叠向正确方向进行。n分子伴侣的作用机制实际上就是它如何与靶蛋分子伴侣的作用机制实际上就是它如何与靶蛋白识别，结合，又解离的机制。白识别，结合，又解离的机制。第22页，讲稿共144张，创作于星期三分

21、子伴侣的作用过程分子伴侣的作用过程n分子伴侣作用的第一步是识别。一般的分子伴侣分子伴侣作用的第一步是识别。一般的分子伴侣识别特异性不高，识别非天然构象，而不是天然识别特异性不高，识别非天然构象，而不是天然的构象。的构象。n有的分子伴侣有的分子伴侣-“私有分子伴侣私有分子伴侣”具高度专一性。分具高度专一性。分子伴侣识别所谓熔球体结构（子伴侣识别所谓熔球体结构（moltenglobule），熔），熔球体可能是有疏水表面。球体可能是有疏水表面。n分子伴侣作用的第二步是与靶蛋白形成复合物。分子伴侣作用的第二步是与靶蛋白形成复合物。分子伴侣常以多聚体形式形成中心空洞的结构，分子伴侣常以多聚体形式形成中心

22、空洞的结构，电子显微镜已观察到由二圈圆面包圈形组成的十电子显微镜已观察到由二圈圆面包圈形组成的十四体四体groel分子和一个一层圆面包圈的七体分子和一个一层圆面包圈的七体groes分分子作用形成中空的非对称笼状结构（子作用形成中空的非对称笼状结构（cagemodel），），推测靶蛋白可以在与周围环境隔离的中间空腔内推测靶蛋白可以在与周围环境隔离的中间空腔内不受干扰的进一步折叠。不受干扰的进一步折叠。第23页，讲稿共144张，创作于星期三DNAchaperones，DNA分子伴侣，是与分子伴侣，是与DNA结合并帮助结合并帮助DNA折折叠的蛋白质。叠的蛋白质。DNA分子伴侣中分子伴侣中DNA分子包

23、围在蛋白质分子的表面，既分子包围在蛋白质分子的表面，既高度有序，又一定程度上的结构改变。高度有序，又一定程度上的结构改变。这种相互作用对这种相互作用对DNA的转录，复制及重组十分重要。如的转录，复制及重组十分重要。如在核小体中在核小体中NA的包装。的包装。DNA分子伴侣的作用就是帮助分子伴侣的作用就是帮助DNA进行折叠和扭曲，从而把进行折叠和扭曲，从而把DNA稳定在一个适合于和蛋白结构的特定构型中。这种结合是稳定在一个适合于和蛋白结构的特定构型中。这种结合是协同的，可逆的。协同的，可逆的。分子伴侣与最终阐明中心法则分子伴侣与最终阐明中心法则-当前主要问题有密切关系。当前主要问题有密切关系。DN

24、ADNA分子伴侣分子伴侣第24页，讲稿共144张，创作于星期三帮助蛋白质折叠的酶帮助蛋白质折叠的酶帮助蛋白质折叠的酶目前只有两个：帮助蛋白质折叠的酶目前只有两个：蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶(proteindisulfideisomerasePDI);肽基脯氨酸顺反异构酶肽基脯氨酸顺反异构酶(peptidylprolylcis-transisomerase，PPI)。第25页，讲稿共144张，创作于星期三nPDI，内质网管腔内多功能蛋白，除二硫键异构外，内质网管腔内多功能蛋白，除二硫键异构外，还是脯氨酸还是脯氨酸-4-羟化酶的羟化酶的亚基，甘油三酯转移蛋白复亚基，甘油三酯转移蛋白复合物

25、小亚基，糖基化位点结合蛋白等。合物小亚基，糖基化位点结合蛋白等。n按分子伴侣的定义，按分子伴侣的定义，PDI和分子伴侣是两类不同的和分子伴侣是两类不同的帮助蛋白，但蛋白质二硫键异构酶是钙结合蛋白，帮助蛋白，但蛋白质二硫键异构酶是钙结合蛋白，能被磷酸化，具有分子伴侣功能。能被磷酸化，具有分子伴侣功能。n蛋白质二硫键异构酶催化二硫键的形成是一个快过程。蛋白质二硫键异构酶催化二硫键的形成是一个快过程。酶可能首先通过它与伸展的或部分折叠的肽段结合，阻酶可能首先通过它与伸展的或部分折叠的肽段结合，阻止错误的折叠途径，促进正确中间物生成，帮助肽链巯止错误的折叠途径，促进正确中间物生成，帮助肽链巯基正确配对

26、，然后催化巯基氧化或二硫键异构而形成天基正确配对，然后催化巯基氧化或二硫键异构而形成天然二硫键。然二硫键。蛋白质二硫键异构酶第26页，讲稿共144张，创作于星期三热休克蛋白热休克蛋白n热休克蛋白热休克蛋白HeatShockProteins(HSPs),是细是细胞在应激原特别是高温诱导下生成的一组蛋白胞在应激原特别是高温诱导下生成的一组蛋白质。广泛存在各生物中。质。广泛存在各生物中。n许多热休克蛋白具有分子伴侣活性。许多热休克蛋白具有分子伴侣活性。n按照蛋白的大小共分为五类，分别为按照蛋白的大小共分为五类，分别为HSP100，HSP90，HSP70，HSP60以及小分子热休克蛋以及小分子热休克蛋

27、白。白。HSP分子量都在分子量都在80110kD、6874kD和和1830kD之间。不同分子量的之间。不同分子量的HSP在细胞内在细胞内的分布也有所不同的分布也有所不同nHSP一个重要特点是进化的高度保守性一个重要特点是进化的高度保守性第27页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质折叠蛋白质折叠研究技术研究技术研研究究表表明明：每每种种蛋蛋白白质质都都用用自自身身偏偏好好的的方方式式进进行行折折叠叠。某某些些蛋蛋白白质质可可在在十十亿亿分分之之几几秒秒内内折折叠叠起起来来，某某些些则则要要耗耗费费数数毫毫秒秒才才能能卷卷缩缩成成首首选选结结构构。由由于于蛋蛋白白质质折折叠叠如如此此之之快快，所所

28、以以对对其其研究很困难。研究很困难。费费城城宾宾夕夕法法尼尼亚亚大大学学Feng Feng GaiGai研研究究组组创创造造出出极极简简单单的的蛋蛋白白质质，可可折折叠叠成成最最普普通通的的螺螺旋旋。对对蛋蛋白白质质上上氨氨基基酸酸用用C C1313标标记记，将将它它们们放放入入水水浴浴并并用用激激光光照照射射整整个个系系统统。激激光光对对蛋蛋白白质质加加热热十十亿亿分分之之三三秒秒，使使其其打打开开折折叠叠。然然后后在在重重新新折折叠叠时时用用红红外外光光谱谱观观察察C C1313和和其其他他原原子子间间化化学学键键的的变变化化情情况况。记记录录一一段段“延延长长了了的的”信号，表明蛋白质以

29、不同的速度不同的途径进行折叠。信号，表明蛋白质以不同的速度不同的途径进行折叠。WeizmannWeizmann研研究究小小组组将将蛋蛋白白“诱诱骗骗”到到由由脂脂质质构构成成的的小小泡泡中中，小小泡泡约约100100纳纳米米宽宽，蛋蛋白白质质在在小小泡泡中中可可自自由由移移动动，能能够够被被聚聚焦焦的的激激光光束束完完全全照照射射到到（激激光光束束约约为为300300纳纳米米宽宽）。研研究究证证明明即即使最终形状一样的蛋白质也通过不同路线折叠使最终形状一样的蛋白质也通过不同路线折叠。第28页，讲稿共144张，创作于星期三多种技术结合多种技术结合：光谱学，波谱学和：光谱学，波谱学和x射线分析。射

30、线分析。快速核磁共振技术快速核磁共振技术已经能够在秒到皮秒的时间域上已经能够在秒到皮秒的时间域上观察蛋白质结构的运动过程，其中包括主链和侧链的观察蛋白质结构的运动过程，其中包括主链和侧链的运动，以及在各种不同的温度和压力下蛋白质的折叠运动，以及在各种不同的温度和压力下蛋白质的折叠和去折叠过程。和去折叠过程。快速光谱技术快速光谱技术（荧光，远紫外和近紫外圆二色（荧光，远紫外和近紫外圆二色 目前唯一解出晶体结构的分子伴侣是目前唯一解出晶体结构的分子伴侣是E.coli的的papd帮助鞭毛蛋白折叠的分子伴侣。还有帮助鞭毛蛋白折叠的分子伴侣。还有hsp70的的n端结构端结构域，即域，即atp结合域也以有

31、晶体结构。结合域也以有晶体结构。蛋白质折叠研究技术蛋白质折叠研究技术第29页，讲稿共144张，创作于星期三分子伴侣研究的应用分子伴侣研究的应用分子伴侣的研究成果必然会大大加深我们对生分子伴侣的研究成果必然会大大加深我们对生命现象的认识。命现象的认识。由于分子伴侣在生命活动的各个层次都具有重要作由于分子伴侣在生命活动的各个层次都具有重要作用，它的突变和损伤也必定会引起疾病，因此可以期用，它的突变和损伤也必定会引起疾病，因此可以期望运用分子伴侣的知识来治疗所谓的望运用分子伴侣的知识来治疗所谓的”分子伴侣病分子伴侣病”。利用对分子伴侣的研究成果从根本上提高基因工利用对分子伴侣的研究成果从根本上提高基

32、因工程和蛋白工程的成功率。程和蛋白工程的成功率。第30页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质折叠病蛋白质折叠病 两项新的科学研究：两项新的科学研究：美国哈佛医学院塞尔科（美国哈佛医学院塞尔科（DennisJ.Selkoe）在自然）在自然杂志上报告他们提取了百万分之一正常时产生杂志上报告他们提取了百万分之一正常时产生淀粉样淀粉样蛋白和低聚体（二聚体、三聚体和四聚体），将之注入蛋白和低聚体（二聚体、三聚体和四聚体），将之注入到实验室大鼠中，它严重地损害了大鼠产生记忆的能力。到实验室大鼠中，它严重地损害了大鼠产生记忆的能力。提出了阿兹海默病中有淀粉样蛋白形成的假设。提出了阿兹海默病中有淀粉样蛋白形成

33、的假设。英国剑桥大学多森（英国剑桥大学多森（ChristopherM.Dobson）研究小组在）研究小组在同一期杂志上报告说他们从细菌和牛体内同一期杂志上报告说他们从细菌和牛体内提提取出两种无取出两种无害的蛋白质，使它们结构发生变化，产生折叠错误。结害的蛋白质，使它们结构发生变化，产生折叠错误。结果变性后的蛋白质团块削弱了实验鼠的细胞功能果变性后的蛋白质团块削弱了实验鼠的细胞功能。第31页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质折叠病的历史蛋白质折叠病的历史n早在三百年前，人类在绵羊和小山羊中首次发现了早在三百年前，人类在绵羊和小山羊中首次发现了“羊搔痒羊搔痒症症”。该病广泛传播于欧洲和澳洲，潜伏

34、期。该病广泛传播于欧洲和澳洲，潜伏期18到到26个月，患个月，患病动物兴奋、搔痒、瘫痪直至死亡。病动物兴奋、搔痒、瘫痪直至死亡。n后来又相继发现了传染性水貂脑软化病、马鹿和鹿的慢性后来又相继发现了传染性水貂脑软化病、马鹿和鹿的慢性消瘦病、猫的海绵状脑病等。消瘦病、猫的海绵状脑病等。n1996年春天英国蔓延的年春天英国蔓延的“疯牛病疯牛病”，它不仅引起英国一场空前，它不仅引起英国一场空前的经济和政治动荡，也波及了整个欧洲，的经济和政治动荡，也波及了整个欧洲，n人类朊病毒现已发现以下四种，即库鲁病、克雅氏综合人类朊病毒现已发现以下四种，即库鲁病、克雅氏综合症（法国克罗伊茨菲尔德症（法国克罗伊茨菲尔

35、德雅各布氏症）、格斯特曼综雅各布氏症）、格斯特曼综合症和致死性的家族失眠症，合症和致死性的家族失眠症，第32页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质折叠病蛋白质折叠病1983年年“植物和动物亚病毒病源：类病毒和朊病毒国际会议植物和动物亚病毒病源：类病毒和朊病毒国际会议”正正式把朊病毒归入亚病毒领域。式把朊病毒归入亚病毒领域。人人:震颤病（震颤病（KURU病）、克雅氏病（病）、克雅氏病（CJD）、吉斯综合症）、吉斯综合症（GSS）、致死性家族失眠症（、致死性家族失眠症（FFI）、老年性痴呆症、囊性纤维、老年性痴呆症、囊性纤维病变、家族性高胆固醇症、家族性淀粉样蛋白症、某些肿瘤、白病变、家族性高胆固

36、醇症、家族性淀粉样蛋白症、某些肿瘤、白内障等内障等动物动物;羊瘙痒病（羊瘙痒病（Scrapie）、牛海绵脑病（）、牛海绵脑病（BSE俗称疯牛俗称疯牛病）和鹿、猫、水貂等的海绵脑病病）和鹿、猫、水貂等的海绵脑病致病蛋白质分子与正常蛋白质分子的致病蛋白质分子与正常蛋白质分子的组组成完全相同，只是成完全相同，只是空间结构不同空间结构不同第33页，讲稿共144张，创作于星期三朊朊病病毒毒prion第34页，讲稿共144张，创作于星期三朊病毒朊病毒朊病毒病的病原体究竟是什么？朊病毒病的病原体究竟是什么？盖杜赛克等曾将库鲁病死者脑组织制成无菌、无盖杜赛克等曾将库鲁病死者脑组织制成无菌、无原虫的悬浮液，注入

37、黑猩猩的颅腔，原虫的悬浮液，注入黑猩猩的颅腔，2020个月时，黑个月时，黑猩猩发病，其症状与人相似，提示病原体不是细菌猩猩发病，其症状与人相似，提示病原体不是细菌或原虫。或原虫。2020世纪世纪6060年代，英国放射生物学家阿普（年代，英国放射生物学家阿普（T.T.AlperAlper）将羊搔痒症致病组织用会导致核酸失活的）将羊搔痒症致病组织用会导致核酸失活的放射线辐射，发现处理过的致病组织仍有传染性，放射线辐射，发现处理过的致病组织仍有传染性，提出羊搔痒症的病因可能是不含核酸的蛋白质，但提出羊搔痒症的病因可能是不含核酸的蛋白质，但这样的观点有悖于这样的观点有悖于“核酸为中心核酸为中心”的观念

38、，因而当的观念，因而当时未得到人们的重视。时未得到人们的重视。第35页，讲稿共144张，创作于星期三朊病毒定名朊病毒定名n直至直至1982年，美国神经学与生物化学家鲁辛纳在致病年，美国神经学与生物化学家鲁辛纳在致病因子的探寻方面作了因子的探寻方面作了8年研究之后，提出该致病因子年研究之后，提出该致病因子确实不含核酸，而是蛋白质。为了能把他与细菌、真确实不含核酸，而是蛋白质。为了能把他与细菌、真菌、病毒及其他已知病原体相区别，他将这种蛋白质菌、病毒及其他已知病原体相区别，他将这种蛋白质致病因子定名为朊病毒（致病因子定名为朊病毒（Prion），对应的蛋白质单体），对应的蛋白质单体称为朊病毒蛋白，相

39、应疾病称为朊病毒病。称为朊病毒蛋白，相应疾病称为朊病毒病。n1997年美国生物学家斯垣利年美国生物学家斯垣利普鲁辛纳（普鲁辛纳（S.B.Prusiner）由于研究朊病毒获诺贝尔医学或生理学）由于研究朊病毒获诺贝尔医学或生理学奖。奖。第36页，讲稿共144张，创作于星期三朊病毒与常规病毒朊病毒与常规病毒朊病毒与常规病毒一样朊病毒与常规病毒一样:可滤过性可滤过性传染性传染性致病性致病性对宿主范围的特异性对宿主范围的特异性但它比已知的最小的常规病毒还小得多（约但它比已知的最小的常规病毒还小得多（约3050nm）。电镜下观察不到病毒粒子的结构，且不）。电镜下观察不到病毒粒子的结构，且不呈现免疫效应，不

40、诱发干扰素产生，也不受干扰呈现免疫效应，不诱发干扰素产生，也不受干扰作用。作用。第37页，讲稿共144张，创作于星期三朊病毒是蛋白质，它对蛋白质强变性剂如苯酚、尿朊病毒是蛋白质，它对蛋白质强变性剂如苯酚、尿素等的处理无耐受性，但却有不同于一般蛋白质的素等的处理无耐受性，但却有不同于一般蛋白质的特征，即耐高温性和抗蛋白酶性。特征，即耐高温性和抗蛋白酶性。朊病毒目前尚未有有效的治疗方法，因此属朊病毒目前尚未有有效的治疗方法，因此属“不治不治之症。之症。”人们只能采取相应措施预防，如消灭染病牲畜，人们只能采取相应措施预防，如消灭染病牲畜，对病人进行适当隔离；禁止食用可能传染的食对病人进行适当隔离；禁

41、止食用可能传染的食物，禁止使用可能污染的药物；对神经外科的物，禁止使用可能污染的药物；对神经外科的操作器械进行严格处理，对角膜及硬脑膜的移操作器械进行严格处理，对角膜及硬脑膜的移植应排除供者患朊病者的可能；家族性疾病的植应排除供者患朊病者的可能；家族性疾病的未患病成员更应注意预防未患病成员更应注意预防第38页，讲稿共144张，创作于星期三朊病毒朊病毒致病致病朊病毒蛋白既然是动物细胞基因编码的产物，为什么并朊病毒蛋白既然是动物细胞基因编码的产物，为什么并不引起全部动物致病？不引起全部动物致病？这是由于朊病毒蛋白分子本身不能致病，而必须发生空间结这是由于朊病毒蛋白分子本身不能致病，而必须发生空间结

42、构上的变化转化为朊病毒才会损害神经元。这一变化恰恰是构上的变化转化为朊病毒才会损害神经元。这一变化恰恰是朊病毒胁迫所致的。朊病毒胁迫所致的。一个致病分子先与一个正常分子结合，在致病分子的作用下，一个致病分子先与一个正常分子结合，在致病分子的作用下，正常分子转变为致病分子，然后这两个致病分子分别与两个正常分子转变为致病分子，然后这两个致病分子分别与两个正常分子结合，再使后者转变为致病分子。周而复始，通过正常分子结合，再使后者转变为致病分子。周而复始，通过多米诺效应倍增致病。多米诺效应倍增致病。由此可见，致病的基本条件有二，一是具有朊病毒，二是由此可见，致病的基本条件有二，一是具有朊病毒，二是具有

43、朊病毒蛋白。具有朊病毒蛋白。第39页，讲稿共144张，创作于星期三朊病毒一般性质朊病毒一般性质朊病毒是一种蛋白感染因子，朊病毒是一种蛋白感染因子，Prusiner等人证明是细胞正常蛋等人证明是细胞正常蛋白的错误折叠成的朊病毒蛋白（白的错误折叠成的朊病毒蛋白（PrionProtein,PrP）积累而引）积累而引起的。起的。朊病毒蛋白朊病毒蛋白(PrP)(PrP)分子量为分子量为27-30KD27-30KD，是朊病毒的基本单位，是朊病毒的基本单位，PrPPrP本身不具有侵染性，由本身不具有侵染性，由3 3个个PrPPrP分子构成的分子构成的“朊病毒单位朊病毒单位”具有高度侵染性。具有高度侵染性。P

44、rP PrP 还能聚合成杆状颗粒，约由还能聚合成杆状颗粒，约由10001000个个PrPPrP构成构成,这种杆总是排列成丛。杆和丛都有传染性。这种杆总是排列成丛。杆和丛都有传染性。PrPPrP包括两种形式：细胞型包括两种形式：细胞型（thenormalorcellularformofprionprotein,PrPc）和异常型和异常型（thepathogenicorscrapieformofprionprotein,PrPSc）。）。PrPc分子量分子量33-35KD33-35KD，含一对二硫键和，含一对二硫键和2 2个个N N 型复合寡糖链，都型复合寡糖链，都在在PrPPrP的的C C端。端

45、。N N端含端含2222个氨基酸残基的信号肽，个氨基酸残基的信号肽，C C端含由端含由2323个氨个氨基酸组成的糖基磷酸肌醇锚体结合位点（基酸组成的糖基磷酸肌醇锚体结合位点（GPIGPI）。）。PrPc是一种是一种膜蛋白，已证明它是定位于细胞膜的穴样内陷类结构域膜蛋白，已证明它是定位于细胞膜的穴样内陷类结构域（CLDSCLDS）。）。第40页，讲稿共144张，创作于星期三PrPSc与与PrPc的不同生化特性的不同生化特性nPrPScPrPSc在非变性去污剂中是不溶的在非变性去污剂中是不溶的nPrPScPrPSc相对的抗蛋白酶水解相对的抗蛋白酶水解nPrPcPrPc和和PrPScPrPSc都依赖

46、都依赖GPIGPI附着在细胞膜表面经磷酸肌醇脂附着在细胞膜表面经磷酸肌醇脂酶酶C C酶解后，酶解后，PrPPrPc从膜上释放出来从膜上释放出来,而而PrPScPrPSc不释放不释放nTritonX-100TritonX-100进行相分配后，进行相分配后，PrPPrPc处于水相处于水相,而而PrPScPrPSc处于处于TritonX-100TritonX-100相中相中n特异的抗体只与特异的抗体只与PrPScPrPSc有血清反应，而与有血清反应，而与PrPPrPc 无反应，无反应，两者含有不同的构象表位。两者含有不同的构象表位。n糖基化比例和部位不同：糖基化比例和部位不同：PrPScPrPSc糖

47、基化比例要低于糖基化比例要低于PrPCPrPC。n朊病毒是蛋白质，它对蛋白质强变性剂如苯酚、尿素等朊病毒是蛋白质，它对蛋白质强变性剂如苯酚、尿素等的处理无耐受性，但却有不同于一般蛋白质的特征，即的处理无耐受性，但却有不同于一般蛋白质的特征，即耐高温性和抗蛋白酶性。耐高温性和抗蛋白酶性。第41页，讲稿共144张，创作于星期三蛋白质质量控制系统蛋白质质量控制系统生命的进化使细胞获得了一种生命的进化使细胞获得了一种“蛋白质质量控制系蛋白质质量控制系统统”。质量控制体系质量控制体系能够像处理垃圾一样，将错能够像处理垃圾一样，将错误折叠的蛋白质清除。误折叠的蛋白质清除。细胞的细胞的“垃圾处理垃圾处理”系

48、统运转失常，可能接触误系统运转失常，可能接触误折叠蛋白聚集成的不溶解颗粒，早老性老年痴呆及折叠蛋白聚集成的不溶解颗粒，早老性老年痴呆及多种大脑疾病的通常症状折叠发生错误，这些疏水多种大脑疾病的通常症状折叠发生错误，这些疏水的残基就会暴露在分子的表面，误折叠的蛋白质就的残基就会暴露在分子的表面，误折叠的蛋白质就会聚集起来形成不溶物。这些不溶物中最著名的是会聚集起来形成不溶物。这些不溶物中最著名的是在在Alzheimersdisease症状中出现的淀粉斑症状中出现的淀粉斑amyloid-（A）。）。第42页，讲稿共144张，创作于星期三库鲁病库鲁病（库鲁病（KuruKuru病）是病）是2020世纪

49、上半世纪大西洋的巴布亚世纪上半世纪大西洋的巴布亚新几内亚东部福雷族高地居民中的一种局部流行病，其新几内亚东部福雷族高地居民中的一种局部流行病，其主要症状为震颤、共济失调、脑退化痴呆，渐至完全丧主要症状为震颤、共济失调、脑退化痴呆，渐至完全丧失运动能力，失运动能力，3 36 6个月内因衰竭而死亡。个月内因衰竭而死亡。“Kuru”“Kuru”在该在该部落意为部落意为“恐惧恐惧”或或“寒颤寒颤”，故称该病为库鲁病，患，故称该病为库鲁病，患者总数约为者总数约为3 3万，以女性和未成年儿童居多。美国医学家万，以女性和未成年儿童居多。美国医学家盖杜赛克曾在该地区进行盖杜赛克曾在该地区进行2020年研究，探

50、明该病的发生与年研究，探明该病的发生与当地人食用人肉的祭祀方式密切关联，并提出了预防措当地人食用人肉的祭祀方式密切关联，并提出了预防措施。施。19681968年停止该仪式后该病得到控制，从而拯救了一年停止该仪式后该病得到控制，从而拯救了一个部落的人群，盖杜赛克为此获得了个部落的人群，盖杜赛克为此获得了19761976年诺贝尔医学年诺贝尔医学奖。奖。第43页，讲稿共144张，创作于星期三基因突变基因突变人类格斯特曼综合症和致死性的家族性失眠症已被确定是由于编码该蛋白的基因发生了突变，因此具有遗传性，这些突变致使所编码的蛋白质结构不稳定，易于转变为朊病毒。近年来已鉴定到数十个传播的家族。克雅氏综合