分子伴侶GroESL系統在基礎醫學教學中的運用

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  • 更新時間2019-08-06
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  摘要:本文簡單介紹了分子伴侶,從三個方面闡述分子伴侶GroESL系統在基礎醫學教學中的運用:分子伴侶GroESL系統在《病原生物與免疫學》教學中的運用;分子伴侶GroESL系統在《醫學生物化學》教學中的運用;分子伴侶GroESL系統在大學生思想教育教學中的運用。


  關鍵詞:分子伴侶;GroELS系統;萘啶酸


  中圖分類號:G642.41文獻標志碼:A文章編號:1674-9324(2019)21-0203-02


  蛋白質是生命活動的體現者,而蛋白質是由基因控制的,基因通過轉錄、翻譯成多肽鏈,多肽鏈經過正確的折疊才能形成具有生物學活性的蛋白質。多肽鏈在折疊的過程中,有種物質可糾正多肽鏈的錯誤折疊、誘導多肽鏈的正確折疊或降解錯誤折疊的多肽鏈,由Lasky最先提出這種物質的概念-分子伴侶(molecularchaperone)。當細胞受到外界不良環境的刺激時,如高溫、紫外線、藥物等,分子伴侶的表達量增加,輔助多肽鏈的正確折疊,以此度過不良的外界環境刺激。分子伴侶GroELS系統是熱休克蛋白家族中的一個非常重要的系統。


  一、分子伴侶GroESL系統在《病原生物與免疫學》教學中的運用


  《病原生物與免疫學》的細菌學中的腸道桿菌內容,是臨床醫學和護理專業學生重點學習的內容。針對腸道桿菌的防治,目前尚沒有用于人類免疫的疫苗。腸道桿菌對外界環境的抵抗力也比較強。當人受到腸道桿菌的感染,使用抗生素是臨床醫生的首選。但是,隨著抗生素的廣泛使用,在有些地區甚至濫用抗生素,導致越來越多的腸道桿菌對抗生素產生了耐藥性。自從1929年弗萊明首次發現青霉素至今,細菌產生耐藥性的速度非常快,即細菌產生耐藥性的速度要遠遠高于藥品研發的速度[1]。臨床醫生往往會選擇增加抗生素的使用單位,這樣會對病人造成更大的藥物副作用和更大的經濟負擔。作為高校教師,應該讓學生了解腸道桿菌在目前臨床上出現的嚴重性耐藥性問題,更應該啟發醫學生如何的面對耐藥性問題以及如何采取措施來防范。


  1962年研制的第一代奎諾酮類藥物-萘啶酸,由于腸道桿菌日益嚴重的耐藥性問題[2],目前臨床上已經很少使用了。我們的策略是提高萘啶酸療效來減緩耐藥性發生的速度。萘啶酸在細胞內的作用靶點是DNA解旋酶(DNAgyrase)和DNA拓撲異構酶IV(DNAtopoisomeraseIV),萘啶酸進入細胞以后首先與被切斷的DNA以及DNAgyrase或者DNAtopoisomeraseIV形成可逆的三體復合物,阻礙了細菌DNA復制或轉錄而達到殺菌和抑菌作用[3]。


  分子伴侶GroESL系統就是一種防范腸道桿菌耐藥性問題的方法之一,具體的策略就是通過了解腸道桿菌對藥物壓力的反應機制,進而提高現有藥物的療效。國內外大量文獻對GroELS系統研究主要體現在表達量、結構分析以及如何輔助多肽鏈的正確折疊等方面。而我們的研究發現,GroELS系統的過量表達會增加大腸桿菌對Nalidixicacid藥物的敏感性。這可以說是一個全新的發現[4]。


  二、分子伴侶GroESL系統在《醫學生物化學》教學中的運用


  《醫學生物化學》的蛋白質的結構與功能內容,是生物化學的精髓部分,是高校教師講解的重點也是難點。重點體現在蛋白質既是生命活動的主要載體,也是功能執行者。人作為生物體是非常復雜的,人體組成的蛋白質種類非常多。科學家要探秘人體的各項生理功能,首先了解人體組成的蛋白質的功能。蛋白質的結構決定蛋白質的功能,因此對蛋白質結構的講解,是高校教師備課的重點。蛋白質的結構包括一級結構、二級結構、三級結構和四級結構,除一級結構以外的三種結構是蛋白質的空間結構。由一條多肽鏈構成的蛋白質,具有三級結構才能發揮生物學活性。人體內的許多蛋白質分子含有兩條或兩條以上的多肽鏈,每一條多肽鏈都有完整的三級結構即亞基,亞基與亞基之間排列成正確的空間結構,蛋白質才能發揮正常的生理生化功能。這種三維的抽象的空間結構,對大專醫學生來講,是不好理解的。


  分子伴侶GroESL系統就是幫助蛋白質正確折疊以形成正確的空間結構。信使RNA進入核糖體,新翻譯出的多肽鏈往往疏水性基團暴露在外,親水性基團在內,這就需要分子伴侶GroESL系統的輔助,正確折疊的多肽鏈親水性基團在外而疏水性基團在內。具有生物學活性的蛋白質,由于受到外界刺激,造成疏水性基團暴露在外,蛋白質在生物體內的親水環境中易發生沉淀,其生物學活性也會喪失。過量表達的分子伴侶GroESL系統會幫助細胞度過不良的外界環境。因此,通過講解分子伴侶GroESL系統,有助于同學們理解蛋白質復雜的空間結構和蛋白質的理化性質。


  三、分子伴侶GroESL系統在大學生思想教育中的運用


  當細菌處于不良的外界刺激時,過量表達的分子伴侶GroESL系統可以輔助新合成多肽鏈的正確折疊或錯誤折疊的多肽鏈的修復,目的是幫助細菌更好地完成新陳代謝以此度過不良的外界環境,例如高溫、紫外線、藥物分子等物理化學因素的刺激。但是,大腸桿菌受到萘啶酸的刺激時,過量表達的分子伴侶GroESL系統反而加速細菌的死亡。我們的分析是,分子伴侶GroESL系統作用于DNAgyrase-DNA-萘啶酸三體復合物,導致了細菌DNA的斷裂,從而加速了細菌對萘啶酸的敏感性。通俗的講:分子伴侶GroESL系統的出發點是好的,即幫助細菌度過不良刺激,但是結果反而是相反的,即細菌在受到萘啶酸的作用時,分子伴侶GroESL系統會加速細菌的死亡。


  通過分子伴侶GroESL系統,大學生應該悟出人生的一些道理。例如在我們日常生活中,我們有時候會幫助或愛一個處于困境的人,一般情況下,這種幫助或愛能使困境中的人度過難關。但在一些特殊情況下,會適得其反。

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