谷氧还蛋白系统及其对细胞氧化还原态势的调控.pdfVIP

维普资讯 生物物理学报 第二十三卷 第五期 二oo七年十月 ACTA BIoPHYSICA S ICA V01．23 No．5 Oct．2O07 谷氧还蛋白系统及其对细胞氧化还原态势的调控 李 民 冯银刚 高 杨 吴庆余 (1．清华大学生物科学与技术系，北京 100084；2．中国科学院生物物理研究所结构与分子生物学中心，北京 100101) 摘要：细胞内氧化还原调控主要是由谷氧还蛋白系统和硫氧还蛋白系统完成。谷氧还蛋白属于硫氧还蛋 白超 家族，广泛分布在各种生物体 内。作为一种巯基转移酶，它能够催化巯基 ．二硫键交换反应或者还原蛋 白质谷胱 甘肽二硫化物，以维持胞内的氧化还原态势。谷氧蛋白系统参与氧化胁迫、蛋白修饰、信号转导、细胞调亡和细 胞分化等多种生物过程。对其体内作用靶蛋白的研究，有助于阐明谷氧还蛋白在整个细胞氧化还原网络的重要调 控作用 。 关键词：谷氧还蛋白；谷胱甘肽化作用；硫氧还蛋白；氧化还原稳态 学科分类号：Q7 0 引 言 NADPH、谷胱甘肽 (Glutathione，GSH)、谷胱甘 肽还原酶 (Glutathionereduchase，GR)和谷氧还 生物体的内外环境中存在各种胁迫作用，其中 蛋 白 (Glutaredoxin，Grx)。近些年对后者的大量 活性氧会诱导生物大分子发生氧化反应，从而引起 研究加深了细胞氧化还原机制的认识4[]。该系统通 结构和构象改变，在生物体的损伤修复、生存、信 过Grx中半胱氨酸残基上一SH与一S—S。之间的可逆 号转导等过程中发挥重要的调控功能。近年来，蛋 转换，调节某些功能性蛋 白分子上的一SH或 ．S—S一 白质的可逆氧化修饰 日益受到重视，这类修饰不仅 发生氧化 ／还原所引起的蛋 白分子的构型改变，从 是调节功能的一种主要方式，而且也被看作是一种 而影响蛋白分子的活性、稳定性与正确折叠等重要 “信号”，包含了维持细胞稳态的调控信息[1]。目前 功能阎。 越来越多的研究表明，这种氧化修饰可能是信号转 导调控中的一种新的分子机制，成为除磷酸化修 1 谷氧还蛋白的特点和作用机制 饰、糖基化修饰及泛素化修饰外的重要方式。这类 修饰主要发生在含有半胱氨酸的巯基蛋白上，半胱 Grx是 1976年 由Holmgren等[61在缺失Trx基 氨酸能被氧化成为几种不同的产物，如能够可逆再 因的大肠杆菌中首次发现的。Grx可以作为核糖核 生的分子 内 ／间二硫键形式、次磺酸和亚磺酸形式 苷酸还原酶 NR)的电子供体。Grx早期也称为 以及不可逆再生的磺酸形式[2]。由于巯基蛋 白广泛 巯基转移酶，一般含有 100个左右氨基酸残基。与 参与重要的生理功能，机体在进化过程中也逐渐产 Trx的功能相似，典型的Grx具有一个双巯基活性 生复杂的蛋白质氧化修复和调节系统。生物体中的 中心，以氧化态或者还原态存在，氧化态时两个半 氧化还原系统主要 由含有一CXXC一功能区作为活性 胱氨酸残基的巯基以分子内部二硫键的形式连接。 位点的巯基氧化还原酶介导完成，它们可以在其活 通常在Grx系统中，电子从NADPH传递到谷胱甘 性位点和对应二硫化物的半胱氨酸之间快速完成可 肽还原酶，然后到谷胱甘肽，最后传递到 Grx， 逆的巯基 一二硫键交换反应。通过巯基f—SH)和二 Grx利用得到的电子还原靶蛋白中的二硫键 。 硫键(一S—S一)形式的转换，这些蛋白质改变细胞 内的 巯基的氧化可以影响蛋白结构与活性[71。一般 氧化还原状态，从而实现对蛋 白功能的调控[3]。目 来说二硫键可