引言

一个遥远的大一，某正在准备小组讨论，查资料遇到一个神奇的蛋白——热休克蛋白
“好怪的名字，是不是翻译错了”，看一眼英文是什么
–heatshock，它还真是热休克

后来跟着师姐做实验，做转化的时候，要把菌在42℃热一下
“这个步骤叫热激”
哦，热机热激
热激，heat shock——诶？

所以，热休克是干什么的呢？为什么转化要热激？

发现

1962年，在那个还研究染色体带型的时代，有人发现加热使果蝇幼虫唾液腺染色体上产生新的膨泡（puff），而puff是染色体解旋转录时产生的松散结构，说明热刺激下激活了一系列基因的表达，称之为热休克反应[^1]。之后，这个现象在各种生物中都得到了证明

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对于生长温度范围宽泛的生物，通常在高于最适生长温度10 - 15 ° C时达到最大热休克响应，而对于生长温度严苛的生物，最大的热休克反应在最适温度以上5℃左右。如大肠杆菌中，当移至42 ° C时就会发生短暂的热激反应，当移至45 - 50 ° C 时就是持续的热休克[^1]。

热休克

热休克指受热或其他刺激时，机体正常状态的活性基因转录翻译被抑制，而热休克基因们显著表达的过程。除了热刺激，其他一些刺激（如化学、紫外线）也会导致部分的热休克基因表达，因此热休克成为了生物抗逆的一个普遍现象，不再局限于热刺激这一条件。

翻开细胞生物学课本，热激蛋白的功能是帮助恢复错误折叠蛋白，经典的有hsp70，又说，帮助蛋白折叠的蛋白叫分子伴侣蛋白，因此大部分热休克蛋白都属于分子伴侣蛋白，其余是蛋白酶，可以帮助水解聚集在一起的错误蛋白。原核生物E.coli的主要的 HSP 包括分别由 DnaK、DnaJ 和 GrpE 以及 GroEL 和 GroES 形成的 DnaK 和 GroE 伴侣系统。而伴侣分子一类是hsp，另一类和翻译偶联，在正常的蛋白质形成中起作用。[^2]
现在比较火的还有hsp90，跟抗肿瘤有关系。

Ecoli转化的heatshock

在向E.coli中转化质粒中需要0℃-42℃的一个处理，大肠杆菌才能把外源DNA吸收进去，并且这个0-42℃操作是必须的，否则几乎无法转化，这个步骤也叫heatshock。

至于原理，大家众说纷纭。在很久之前的文献中有两个解释[^3]：
1.DNA在该条件下变成了一种“抗Dnase”状态避免了被E.coli水解；
2.细胞膜在温度变化中发生了构象变化，理化性质改变而摄取了DNA。
现在人们似乎趋向于后者，连Thermo的官网也是这么讲的。
但在课本中没有给出定论：[^4]

The cells (often E. coli, but other bacterial species are also used) and plasmid DNA are incubated together at 0 °C in a calcium chloride solution, then are subjected to heat shock by rapidly shifting the temperature to between 37 °C and 43 °C. For reasons not well understood, some of the cells treated in this way take up the plasmid DNA. Some species of bacteria, such as Acinetobacter baylyi, are naturally competent for DNA uptake and do not require the calcium chloride–heat shock treatment.

无论如何现在看来其跟热激反应的生物活动没什么关系，虽然E.coli在42℃的确会进入瞬时的热激反应状态，尽管另有一说瞬时热激是为了尽快恢复菌的状态，但我认为这不能解释在跳过操作后无法转化的现象。

主要参考：

[^1]: Lindquist, S. The Heat-Shock Response
[^2]: Albanèse, V., Yam, A.Y.-W., Baughman, J., Parnot, C., Frydman, J., 2006. Systems Analyses Reveal Two Chaperone Networks with Distinct Functions in Eukaryotic Cells. Cell 124, 75–88. https://doi.org/10.1016/j.cell.2005.11.039
[^3]: Hanahan, D., 1983. Studies on transformation of Escherichia coli with plasmids. J Mol Biol 166, 557–580. https://doi.org/10.1016/s0022-2836(83)80284-8
[^4]: Nelson, D.L., Cox, M.M., Hoskins, A.A., n.d. Lehninger Principles of Biochemistry.8th.p1168