在哺乳动物细胞的精密舞台上,蛋白质的精准折叠如同一场精密的舞蹈,而分子伴侣则是这场舞蹈中的关键导演。面对高浓度蛋白带来的聚集风险,新生和未成熟蛋白尤其需要快速的折叠保护。细胞内,伴侣蛋白家族,如Hsp70和chaperonins,就像舞台上的安全屏障,通过ATP驱动的循环机制,确保蛋白质折叠的准确无误,避免错误折叠和聚集,甚至进行适时的降解。
其中,Hsp70家族在热休克应激时刻尤为活跃,通过ATP-ADP的能量转换,它们就像折叠的艺术家,精确调整蛋白质的构象,完成折叠后释放,让每一分子都找到其正确的位置。而Hsp90家族,如大肠杆菌和人类版本,对于真核生物的稳定运行至关重要。它们与转录因子和激酶等关键伙伴紧密合作,确保它们在压力环境中仍能保持功能完好。
Hsp90以二聚体形式存在,受到ATP、ADP以及共同伴侣的微妙影响,它在蛋白质折叠和激活过程中发挥着核心作用。两类伴侣蛋白,I类如原核生物中的GroEL,II类在真核细胞内,它们通过ATP水解的力量驱动蛋白质的折叠过程,如同魔术师的手法,让蛋白质在封闭的'折叠室'里渐次成型。
在GroES形成的环中,关键的构象变化引导GroES盖子的精确结合(2),多肽在这一封闭环境中进行着高效折叠,由ATP水解驱动,形成短暂的中间体(3)。一旦结合完成,盖子离开,ADP释放,腔室敞开,折叠好的蛋白质得以释放,进入细胞的正常运行轨道。然而,如果折叠过程出现偏差,错误的蛋白质可能会重新回到未被占用的GroEL中,等待下一轮的纠正或处理。(参考:Kirschke et al., 2014, Cell 157:1685; Taipale, Jarosz, & Lindquist, 2010, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 11:515; Nelson & Cox, 2013, Lehninger Biochemistry)
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