膜蛋白的研究进展

关于膜蛋白的研究进展第1页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三膜蛋白-生物膜所含的蛋白叫膜蛋白，是生物膜功能的主要承担者膜蛋白的分类（与脂双层的位置关系）1.整合蛋白又称整合蛋白（integralprotein)2.外周蛋白（peripheralprotein)3.锚定蛋白（lipid-anchoredprotein)第2页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三膜蛋白具有的生理功能包括：1.选择性离子通道；2.进行能量的转换；3.响应细胞膜一侧的信号，并将其传递到膜的另一侧；4.形成可溶性代谢物（葡萄糖和氨基酸）的跨膜转运系统；5.通过与细骨架中的非膜结合大分子以及胞外基质的相互作用来调节细胞的形态结构。第3页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三1、膜蛋白结构研究的进展2、膜蛋白与能量转换的研究进展3、膜蛋白与物质运输的研究进4、膜蛋白与信息跨膜转导的研究进展5、膜蛋白与医学的关系6、膜蛋白的技术、方法的研究进展第4页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三整合蛋白占膜蛋白的70％～80％。它们部分或全部嵌入膜内，有的则全部跨膜分布，如受体、通道、离子泵膜孔（proe）、运载体（transporter）以及各种膜酶等。第5页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三要深入了解膜蛋白的功能必须解析它们的三维结构。在整个真核细胞所包含的蛋白质中，据估计，1\4~1\3为内在蛋白。人类基因组研究的初步结果表明，在全长约30亿碱基对中只有30000~40000个基因能编码并表达蛋白质，其中内在膜蛋白也差不多占1\4~1\3.其他模式生物的基因组所表达的蛋白质中，内在蛋白也占相似的比例。总之，内在膜蛋白三维结构的解析，无论对整个细胞重要功能的深入探索，还是从后基因组研究考虑都是十分重要的。第6页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三此外，内在膜蛋白三维结构的解析也有很明显的的应用前景，与医学的关系尤为密切。有人估计，50%的受体和通道可能是药物的靶标。内在膜蛋白的异常与一些遗传病【如囊性纤维变性受体(cysticfibrosis)】癌症甚至神经退行性疾病【如老年性痴呆（Alzheimerdisease）、铂金森病（Parkinson’sdisease）】等有关。因此内在膜蛋白三维结构无疑对新药的发现、设计、筛选都有很大的作用。第7页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三大肠杆菌MsbA的三维结构

根据世界卫生组织的统计，全世界各种感染疾病约有60%与多药耐受性的细菌有关，每年大量癌症患者的不治身亡也与肿瘤细胞的多要耐受性有关。导致多药耐受性的原因之一在于细胞质膜存在一种内在膜蛋白——ABC转运体，因此研究解析它的结构对于寻找开发新药显然很重要的。第8页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三美国Chang与Roth成功地从大肠杆菌中分离、纯化一种具有多药耐受性的ABC载体转运体（ATP-bingdingcassettetransport）的同系物MsbA。这种ABC蛋白转运体以二聚体形式存在。。第9页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三我国的研究现状

总之，内在膜蛋白三维结构的解析虽然取得不少可喜的成绩。但总的来说仍未取得突破性进展，任道而重远。虽然探索性很强，难度很大，周期很长，但鉴于它的重要性，世界各国仍给予很大的关注，从最近几年的发展情况来看，与英国、德国相比较，美国和日本有后来居上的趋势。我国对生物膜三维结构的解析研究也艰难地开始起步第10页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三我国光合作用膜蛋白研究获重大成果——测定菠菜主要捕光复合物晶体结构光合作用由捕光系统和光反应系统共同完成,捕光复合物这种膜蛋白的三维结构是研究植物如何高效利用光能的结构基础。

LHC—Ⅱ是绿色植物中含量最丰富的主要捕光复合物,它是由蛋白质分子、叶绿素分子、类胡萝卜素分子和脂类分子组成的一个复杂分子体系,被镶嵌在生物膜中,具有很强的疏水性,难以分离和结晶。

第11页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三膜蛋白与信息跨膜转导的研究进展信号转导受体都是膜固有蛋白，有一个或几个疏水跨膜序列。

信号转导受体的胞外区位于亲水环境下，单独表达的胞外区比较容易结晶。信号转导受体的胞外是受体与配基结合的部位，且一般保留着与配基结合的性质，因此能提供大量的信息。第12页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三而质膜信号转导受体往往是药物作用的靶标，阐明受体的结构与功能不仅有重要的基础研究意义，而且有重要的应用前景。随着对膜蛋白晶体结构解析能力的提高，更多的受体结构将被阐明，而从膜的角度研究受体与膜脂的相互作用、受体在膜上侧向扩散的规律、受体在体外与脂质体的重组等研究也会越来越深入。第13页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三丙型肝炎病毒（HCV）

HCV属于黄病毒家族的一员，其基因组全长约9.4kb，编码3010～3

033个氨基酸的多蛋白前体。E1糖蛋白是一个约30～35kD的糖基化蛋白，含N-糖基化位点5～6个，脱糖基后为21kD。E2糖蛋白含糖基化位点约11个，其糖蛋白的分子量为58kD～70kD，在内源性糖基化酶的作用下，得36kD～40kD的脱糖基蛋白。目前的研究表明，HCV

E1、E2蛋白通过非共价键相连形成异源二聚体，代表了HCV包膜糖蛋白的天然构象。

第14页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三HCV包膜糖蛋白的体液免疫

HCV外膜区B细胞表位。病毒的包膜蛋白对于宿主产生体液免疫反应很重要，因为宿主首先接触的是包膜蛋白，而且这些蛋白的表达水平较高；宿主的保护性免疫常依赖于针对病毒表面蛋白的抗体，该抗体能阻断病毒与敏感细胞的结合，也可能通过加强细胞免疫清除病毒因此，研究针对HCV包膜蛋白的体液免疫具有重要意义。第15页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三HCV感染后血清中病毒含量极低，同时目前缺乏有效的体外培养系统及合适的动物模型繁殖病毒，无法获得大量的天然病毒抗原.目前只能通过合成肽或基因重组的方法，获得HCV包膜蛋白抗原，用于研究HCV感染者中针对HCV包膜蛋白的免疫特征。

第16页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三膜蛋白研究新技术利伊诺大学

(University

of

Illinois)

的生化学家Stephen

Sligar研发出一项新的技术来解决研究细胞膜蛋白的难题。

细胞膜蛋白之所以难研究是在于它们从细胞膜上纯化出来以后就无法行使其正常功能。为了解决这项难题，Stephen

Sligar等人研发出一种脂质纳米圆盘来替代细胞膜上磷脂双层膜

(phospholipid

bilayer)，让被纯化出来的细胞膜蛋白能够与一般细胞膜蛋白一样行使其正常功能。

这种纳米圆盘的结构就像一般细胞膜一样，由两层背对背的磷脂

(phospholipid)所组成，为了使纳米圆盘表面保持平坦，其研究小组模仿制作日本寿司的方式，将其纯化出来的膜蛋白当做馅儿，将其磷脂当作海苔包装纸使磷脂紧密围绕在膜蛋白周围。

第17页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三由于纳米圆盘看起来酷似套在膜蛋白的戒指，为了展现戒指的光芒—也就是印证嵌在里头的膜蛋白能够发挥正常功能，Sligar的研究生,

Andrew

Leitz,纯化出一种治疗心脏病药物的目标膜蛋白--β2肾上腺素接受器szlig;将其嵌入纳米圆盘中，并观察其加入药物后膜蛋白变化。结果发现到药物与接受器结合后，使其构型发生改变，并且让细胞内重要的讯息传导物质G

protein释放出来，证实嵌在纳米圆盘的膜蛋白能够行使其功能。

威斯康辛大学化学系教授Robert

Hamers指出这项研发成果可以帮助进一步探索细胞膜蛋白未知的领域，并将细胞膜蛋白的研究推进原子层级，创造与X光结晶绕射法结合的可能性，让细胞膜蛋白研究进入新的里程碑。

第18页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三科学家成功开发荧光光谱新技术研究膜蛋白运动该项研究成果解决了在该领域存在的长期争论：一个钾离子的4个亚单元究竟是各自独立发挥作用还是协同发挥作用。膜蛋白的主要功能是控制细胞与其周边环境的离子交换离子通道类似于一台小型纳米机器或纳米阀门，如果这些微小阀门运转失灵，将引发人体肌肉、中枢神经系统和心脏等发生各种遗传疾病。第19页，讲稿共21页，2023年5月2日，星期三

与照相机