分子伴侣(molecular chaperone)
如果你曾在有风的房间里独自试着叠一张有松紧带的床单,就懂这个难处:还没等你把布抻直,它就老在不该粘的地方粘住自己。一条新生的蛋白质链面临着同样的危险。在细胞内部,它与数以百万计的其他分子肩并肩地挤在一起,一条折到一半的链可能粘住自己或邻居,结成一团毫无用处的乱麻。分子伴侣就是专门负责阻止这种情况发生的蛋白质——一个给新手腾出空间和时间、让它好好折叠的帮手。
分子伴侣并不像雕刻家那样去刻出最终形状;它们体内并不藏有任何特定折叠的蓝图。它们识别的是一条链陷入麻烦的警示信号:那些本应埋在内部、却仍裸露在外的油腻疏水表面。分子伴侣抓住这些发黏的斑块,把它们遮蔽起来,使链无法聚集成团,然后再松手让链重新尝试折叠——往往要消耗ATP的能量,一抓一放地循环进行。可以把它想成一位耐心的看护,不停地接住摇摇晃晃的链、把它重新扶稳,直到它终于能自己站住。有些分子伴侣只是握住并保护;另一些,如伴侣蛋白(chaperonin),则提供一个封闭的小室,让单条链能在里面私密地折叠。
分子伴侣不可或缺,因为安芬森那种纯净试管实验——一个纯化的蛋白质独自重新折叠——并不能反映活细胞拥挤、温热、匆忙的真实状况。它们在应对应激(许多在细胞过热时被开启)、护送蛋白质穿过膜、以及疾病中都居于核心地位——当分子伴侣系统不堪重负时,错误折叠的蛋白质就会堆积,正如神经退行性疾病中那样。一个常见误解是分子伴侣把形状递给了蛋白质;其实并非如此。最终折叠仍由氨基酸序列决定——分子伴侣只是阻止那些错误而发黏的弯路。
Hsp70家族的分子伴侣会在一条新生链刚从核糖体冒出来时,就结合住它一段裸露的疏水短序列,随后消耗一份ATP再松开——在链尚未合成完毕之前就防止它结团。
Hsp70在核糖体出口处接住一条发黏的新生链。
分子伴侣提高正确折叠的产量和速度;它们并不改变哪种折叠才是正确的。它们是折叠的催化者,而非结构的设计者。