摺疊酶

許多研究表明，某些蛋白質摺疊的限速步驟是共價鍵的異構化，需要相應的酶催化。目前了解得最多的是兩種酶，蛋白質二硫鍵異構酶PDI（Protein disulfide isomerase）和肽基脯氨醯順反異構酶PPI（Peptidyl prolyl cis/trans isomerase）(Gething & Sambrook 1992)。

真核生物的PDI主要位於內質網，細菌中的類似物是Dsb家族，位於細菌外周質（periplasm）,通過催化巰基與二硫鍵的交換反應，從而催化蛋白質二硫鍵的形成、還原（斷裂）或重排（異構化）。在蛋白質摺疊過程中，主要催化含有二硫鍵的膜蛋白或分泌蛋白的正確摺疊。下文將重點討論PDI的結構與功能。

PPI廣泛分佈於各種生物體及各種組織中，多數定位於胞漿，但也存在於大腸桿菌的外周質、紅色麵包霉的線粒體基質、酵母與果蠅和哺乳動物的內質網。PPI在細胞中的基本作用是通過非共價鍵方式，穩定扭曲的醯胺過度態，而催化肽基脯氨醯的順式與反式旋轉體的相互轉變。免疫抑製劑環孢黴素A（cyclosporin A, CsA）與FK506及那巴黴素（rapamycin）可與它們結合併抑制其催化活性。根據底物特異性分為兩類：環孢黴素親和蛋白（Cyclosporin）和FK結合蛋白（FKBP）。結構研究表明，FKBP的催化活性位點與藥物結合位點是由芳香族氨基酸殘基構成的一個大空腔。在T細胞中，PPI還起抑制T淋巴細胞功能的生理作用。

饒有興味的是，PDI和PPI不僅可以起到摺疊酶的催化作用，而且具有防止摺疊中間體聚集的類似分子伴侶的功能。王志珍等最早提出PDI是分子伴侶的假說並驗證了PDI的這一功能。在碳酸酐酶的摺疊中，PPI一方面在其早期中間體的形成過程中起分子伴侶的作用，防止不正確的聚集，另一方面在摺疊的較晚時期發揮摺疊酶的催化活性（Freskgard 1989）。

最近發現一些ATP依賴型蛋白酶以及與之密切有關的蛋白也表現固有的分子伴侶活力，這種與蛋白酶相關聯的分子伴侶活力被稱為Charonins（Gottesman， 1997）。ATP依賴型蛋白酶在各種生命有機體內廣泛存在，其三個不同家族都具有分子伴侶活力。

與此相應，一種大腸桿菌的分子伴侶觸發因子(Trigger Factor)，最近被證明是肽基脯氨醯異構酶（PPI）家族的一種FK506結合蛋白。它具有一個獨立於異構酶活性部位之外的多肽結合部位，使它能高效地促進那些以肽基脯氨醯異構化為限速步驟的蛋白質的摺疊。觸發因子能比所有已知的小分子PPI更有效地催化大蛋白的摺疊，可能是因為小分子PPI不具有觸發因子的分子伴侶活性的緣故。從觸發因子中切出的相應於FK506結合蛋白的中間片段，對短肽底物表現出完全的肽基脯氨醯異構酶活力，但是其幫助蛋白質摺疊的活力下降了大約1000倍（Scholz 1997）。

DnaJ是另一種與蛋白質摺疊和應激復性有關的大腸桿菌分子伴侶。它具有類似硫氧還蛋白的活性中心，與PDI家族的另一個成員DsbA的活性中心相同。最近發現，DnaJ與PDI一樣能催化蛋白質二硫鍵的氧化、還原和異構（DeCrouy 1995）。推測DnaJ可以保持蛋白質在跨膜轉運之前的還原狀態，以及控制膜蛋白嵌膜之前和嵌膜過程中內膜蛋白的氧化還原狀態，來輔助蛋白質的轉運。除了幫助蛋白質摺疊和應激保護作用之外，DnaJ還能作為葉綠體硫氧還蛋白參與一些細胞酶活力的氧化還原狀態的調控。

同一分子具有分子伴侶和酶兩種活力，使蛋白質分子具有更高的效率，或賦予它新的功能。ATP依賴型蛋白酶能選擇性降解錯誤摺疊的蛋白質，而具有質量控制（quality control）的功能。這可能是生物進化和自然選擇的結果。