蛋白质复性的分子伴侣辅助蛋白质

发布网友发布时间：2022-04-22 05:28

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近来，越来越多的有关蛋白质折叠的研究已转向利用分子伴侣GroE家族。有些学者已成功地利用分子伴侣在体内和体外辅助蛋白质复性[12、13]。但分子伴侣在实际应用中尚存在费用高并需要与复性蛋白质分离等缺点，因此研究开发分子伴侣的重复利用性及稳定性是实现其应用的关键。
GroEL具有结合蛋白质的作用，相当于变性蛋白质的亲和配基。固定化GroEL柱(固定床)相当于变性蛋白质的亲和吸附层析柱，从而可提高样品的处理量，并使蛋白质在复性的同时得到浓缩和纯化。其特点在于：①不仅可以解决分子伴侣的重复利用问题，而且由于固定床的利用(近于平推流)，可提高分子伴侣的利用效率；②由于采用连续操作，原料处理量大，产品可以得到浓缩、纯化；③易于建立相关的模型，对于放大生产具有重要的指导作用。Teshima等利用固定化分子伴侣，在体外辅助了淀粉酶、碳酸酐酶、DNA酶的折叠复性[14]。
还有报道利用“小分子伴侣”对目标蛋白质进行复性[15、16]。“小分子伴侣”是指GroEL的一个片段，而这个片段并不是GroEL的水解产物，而是由基因重组后包括GroEL191-345氨基酸残基片段(16.7kD)或191-376氨基酸残基片段(21kD)密码的基因片段在大肠杆菌中的表达产物。它们能有效地促进亲环蛋白A、硫氰酸酶以及芽孢杆菌RNA酶的复性。由于“小分子伴侣”分子较小，更适合于固定化，且不需另加复性辅助因子(如GroES和ATP等)，因此具有很大的应用前景。受蛋白质分子伴侣辅助蛋白质复性的启发，Rozema和Gellman对人工分子伴侣体系(去污剂+环糊精)辅助碳酸酐酶和鸡蛋白溶菌酶复性进行了研究[17、18]。与分子伴侣GroEL+ATP辅助复性的作用机制相似，其复性过程分为两步进行：第一步捕获阶段，在变性蛋白质溶液中加入去污剂，去污剂分子通过疏水相互作用与蛋白质的疏水位点结合形成复合体，抑制肽链间的相互聚集；第二步剥离阶段，加入环糊精，由于环糊精分子对去污剂分子有竞争性吸附作用，去污剂分子被剥离下来，从而使多肽链在此过程中正确折叠为活性蛋白质[17、18]。其反应机制可用下式表示：
U→U-dn→→→U-dn-m→→→F→N
即伸展态U首先与去污剂d形成复合物U-dn，加入环糊精后，小分子去污剂被逐次剥离下来，变为部分折叠、不含去污剂分子的非活性状态F，进而折叠为天然活性蛋白质N。
与GroE等蛋白质分子伴侣相比，联合使用去污剂和环糊精作为人工分子伴侣辅助蛋白质复性具有明显的优点：①人工分子伴侣不属于蛋白质，不易受环境影响而失活，操作条件较为宽松；②去污剂和环糊精均可直接购买，省去分离纯化的步骤；③去污剂与环糊精的分子量较小，容易与蛋白质分离，有利于提高工业生产效率。? 冷冻结晶脱盐在蛋白质复性研究方面的一些提示（集中精力在和缓的降低变性盐浓度上，之前的所有方法基本都是用稀释液体去增大体积，这个方法是让变性盐脱离溶液……）。
通常意义上人们普遍认为冷冻是一种变性因素，原因是在溶液的冻结过程中会伴随发生物态的巨大变化，进而导致蛋白质分子表面的离子氛围、pH、水化状态等各种因素的改变，因此变性也就是自然而然的结果。不过从事生物领域的多半都有冻存细胞的经历，由此可以得出结论，在合适的防冻剂存在的条件下，蛋白是可以耐受低温的。或者至少能有相当的蛋白能在低温下保持活性。况且在变性液体中也不存在有活性的蛋白质，本身都是以自由肽链的形式存在，因此冷冻对肽链的损伤似乎可以不用考虑（对此还需要进一步的研究）。
换个角度从物理学方面看，“冰”是一种单矿岩，其生成过程中会自动排除其中的杂质。这也就是为何海上的冰山都是淡水的缘故。通常人们用于溶解包涵体肽链的液体是高浓度的变性盐（一般是8M的尿素，或者6M的盐酸胍，两种盐的密度都在1.3左右），而这种溶质的溶解度受温度影响很大。随着温度的降低，会发生饱和、过饱和、结晶析出现象。溶质结晶析出自然也就意味着溶液浓度的下降，进而使变性能力的下降。下降到一定程度时，肽链其内在的塌缩的趋势逐渐占据优势，引导肽链进行自行复性至其活性状态，即能级最低状态。也就是说，肽链折叠的动力是由肽链的一级结构（氨基酸序列）决定的，人类直到目前所能做的复性过程其实质不过就是提供了一个变性能力和缓下降的变性体系（由尿素或者盐酸胍的浓度下降来实现）。在这个过程中最需要防止的就是肽链之间的错误折叠（链间形成次级键），这会产生“雪崩样”的效果，导致大量多聚体沉淀（密度也是1.3左右）。