分子伴侣GroESL系统在基础医学教学中的运用

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  • 更新时间2019-08-06
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  摘要:本文简单介绍了分子伴侣,从三个方面阐述分子伴侣GroESL系统在基础医学教学中的运用:分子伴侣GroESL系统在《病原生物与免疫学》教学中的运用;分子伴侣GroESL系统在《医学生物化学》教学中的运用;分子伴侣GroESL系统在大学生思想教育教学中的运用。


  关键词:分子伴侣;GroELS系统;萘啶酸


  中图分类号:G642.41文献标志码:A文章编号:1674-9324(2019)21-0203-02


  蛋白质是生命活动的体现者,而蛋白质是由基因控制的,基因通过轉录、翻译成多肽链,多肽链经过正确的折叠才能形成具有生物学活性的蛋白质。多肽链在折叠的过程中,有种物质可纠正多肽链的错误折叠、诱导多肽链的正确折叠或降解错误折叠的多肽链,由Lasky最先提出这种物质的概念-分子伴侣(molecularchaperone)。当细胞受到外界不良环境的刺激时,如高温、紫外线、药物等,分子伴侣的表达量增加,辅助多肽链的正确折叠,以此度过不良的外界环境刺激。分子伴侣GroELS系统是热休克蛋白家族中的一个非常重要的系统。


  一、分子伴侣GroESL系统在《病原生物与免疫学》教学中的运用


  《病原生物与免疫学》的细菌学中的肠道杆菌内容,是临床医学和护理专业学生重点学习的内容。针对肠道杆菌的防治,目前尚没有用于人类免疫的疫苗。肠道杆菌对外界环境的抵抗力也比较强。当人受到肠道杆菌的感染,使用抗生素是临床医生的首选。但是,随着抗生素的广泛使用,在有些地区甚至滥用抗生素,导致越来越多的肠道杆菌对抗生素产生了耐药性。自从1929年弗莱明首次发现青霉素至今,细菌产生耐药性的速度非常快,即细菌产生耐药性的速度要远远高于药品研发的速度[1]。临床医生往往会选择增加抗生素的使用单位,这样会对病人造成更大的药物副作用和更大的经济负担。作为高校教师,应该让学生了解肠道杆菌在目前临床上出现的严重性耐药性问题,更应该启发医学生如何的面对耐药性问题以及如何采取措施来防范。


  1962年研制的第一代奎诺酮类药物-萘啶酸,由于肠道杆菌日益严重的耐药性问题[2],目前临床上已经很少使用了。我们的策略是提高萘啶酸疗效来减缓耐药性发生的速度。萘啶酸在细胞内的作用靶点是DNA解旋酶(DNAgyrase)和DNA拓扑异构酶IV(DNAtopoisomeraseIV),萘啶酸进入细胞以后首先与被切断的DNA以及DNAgyrase或者DNAtopoisomeraseIV形成可逆的三体复合物,阻碍了细菌DNA复制或转录而达到杀菌和抑菌作用[3]。


  分子伴侣GroESL系统就是一种防范肠道杆菌耐药性问题的方法之一,具体的策略就是通过了解肠道杆菌对药物压力的反应机制,进而提高现有药物的疗效。国内外大量文献对GroELS系统研究主要体现在表达量、结构分析以及如何辅助多肽链的正确折叠等方面。而我们的研究发现,GroELS系统的过量表达会增加大肠杆菌对Nalidixicacid药物的敏感性。这可以说是一个全新的发现[4]。


  二、分子伴侣GroESL系统在《医学生物化学》教学中的运用


  《医学生物化学》的蛋白质的结构与功能内容,是生物化学的精髓部分,是高校教师讲解的重点也是难点。重点体现在蛋白质既是生命活动的主要载体,也是功能执行者。人作为生物体是非常复杂的,人体组成的蛋白质种类非常多。科学家要探秘人体的各项生理功能,首先了解人体组成的蛋白质的功能。蛋白质的结构决定蛋白质的功能,因此对蛋白质结构的讲解,是高校教师备课的重点。蛋白质的结构包括一级结构、二级结构、三级结构和四级结构,除一级结构以外的三种结构是蛋白质的空间结构。由一条多肽链构成的蛋白质,具有三级结构才能发挥生物学活性。人体内的许多蛋白质分子含有两条或两条以上的多肽链,每一条多肽链都有完整的三级结构即亚基,亚基与亚基之间排列成正确的空间结构,蛋白质才能发挥正常的生理生化功能。这种三维的抽象的空间结构,对大专医学生来讲,是不好理解的。


  分子伴侣GroESL系统就是帮助蛋白质正确折叠以形成正确的空间结构。信使RNA进入核糖体,新翻译出的多肽链往往疏水性基团暴露在外,亲水性基团在内,这就需要分子伴侣GroESL系统的辅助,正确折叠的多肽链亲水性基团在外而疏水性基团在内。具有生物学活性的蛋白质,由于受到外界刺激,造成疏水性基团暴露在外,蛋白质在生物体内的亲水环境中易发生沉淀,其生物学活性也会丧失。过量表达的分子伴侣GroESL系统会帮助细胞度过不良的外界环境。因此,通过讲解分子伴侣GroESL系统,有助于同学们理解蛋白质复杂的空间结构和蛋白质的理化性质。


  三、分子伴侣GroESL系统在大学生思想教育中的运用


  当细菌处于不良的外界刺激时,过量表达的分子伴侣GroESL系统可以辅助新合成多肽链的正确折叠或错误折叠的多肽链的修复,目的是帮助细菌更好地完成新陈代谢以此度过不良的外界环境,例如高温、紫外线、药物分子等物理化学因素的刺激。但是,大肠杆菌受到萘啶酸的刺激时,过量表达的分子伴侣GroESL系统反而加速细菌的死亡。我们的分析是,分子伴侣GroESL系统作用于DNAgyrase-DNA-萘啶酸三体复合物,导致了细菌DNA的断裂,从而加速了细菌对萘啶酸的敏感性。通俗的讲:分子伴侣GroESL系统的出发点是好的,即帮助细菌度过不良刺激,但是结果反而是相反的,即细菌在受到萘啶酸的作用时,分子伴侣GroESL系统会加速细菌的死亡。


  通过分子伴侣GroESL系统,大学生应该悟出人生的一些道理。例如在我们日常生活中,我们有时候会帮助或爱一个处于困境的人,一般情况下,这种帮助或爱能使困境中的人度过难关。但在一些特殊情况下,会适得其反。