核酸結(jié)合蛋白課件

第17章

核酸結(jié)合蛋白第17章

核酸結(jié)合蛋白1基本概念和定義蛋白和核酸的相互作用主要可分為四類：（1）即結(jié)構(gòu)和包裝作用（如組蛋白、病毒衣殼蛋白等）；（2）運(yùn)輸和定位作用（tRNA,mRNA和核糖體結(jié)合）；（3）代謝和重排作用（如DNA和RNA聚合酶、核酸酶、解旋酶等）；（4）基因表達(dá)作用（如RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子、核糖體和起始因子等）。值得注意的是：對于特定蛋白而言，其功能并不是唯一的?；靖拍詈投x蛋白和核酸的相互作用主要可分為四類：2根據(jù)底物的特殊性，核酸結(jié)合蛋白可分為三類：（1）非特異性結(jié)合蛋白；（2）序列特異性結(jié)合蛋白；（3）結(jié)合特殊結(jié)構(gòu)的蛋白（如在DNA中的不正常堿基，重組中間體，以及核內(nèi)含子套索）。大部分核酸結(jié)合蛋白在一個(gè)內(nèi)部位點(diǎn)以定位方式相互作用。用于蛋白和核酸識別的非共價(jià)鍵主要包括（1）靜電吸引和氫鍵，（2）主鏈連接，（3）氫鍵和堿基連接。同時(shí)，在相互作用時(shí)，蛋白和核酸的構(gòu)象常常發(fā)生改變，以產(chǎn)生最大的互補(bǔ)作用表面。根據(jù)底物的特殊性，核酸結(jié)合蛋白可分為三類：（1）非特異性結(jié)3一.核酸被蛋白識別（一）DNA識別的一般方式1、識別基礎(chǔ)：DNA結(jié)合蛋白識別整個(gè)螺旋分子的幾何結(jié)構(gòu)，通過接觸大溝或小溝，連接核糖磷酸主鏈或堿基同DNA相互作用。2、同dsDNA結(jié)合的蛋白（1）同DNA末端相互作用的蛋白（如DNA連接酶，外切酶）；（2）圍繞DNA或以深的狹縫結(jié)合DNA的蛋白（DNA聚合酶，拓?fù)洚悩?gòu)酶）；（3）同DNA雙螺旋表面作用的蛋白（如轉(zhuǎn)錄因子）。一.核酸被蛋白識別（一）DNA識別的一般方式4(二)RNA識別的一般方式1、識別基礎(chǔ)：（1）一級序列（如SD序列，加尾序列）（2）RNA折疊形成的高級結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)(突起，發(fā)夾，莖環(huán))如著錄終止，tRNA的加工，內(nèi)含子剪切等三級結(jié)構(gòu)（三股螺旋，tRNA的L-形結(jié)構(gòu)）如aa-tRNA和氨酰合成酶的結(jié)合。

2、RNA結(jié)合蛋白的特征（1)局部形成方式同RNA相互作用；（2）β折疊常用于相互識別的表面(二)RNA識別的一般方式5凸起：雙螺旋的一條鏈上有單個(gè)堿基多余時(shí)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)凸環(huán)：雙螺旋的一條鏈上有多于一個(gè)堿基多余時(shí)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)：雙鏈結(jié)構(gòu)中由于一個(gè)或多個(gè)堿基錯(cuò)配形成的畸形結(jié)構(gòu)發(fā)夾/莖環(huán)結(jié)構(gòu)：具有不完善的兩側(cè)對稱結(jié)構(gòu)的區(qū)域形成的二級結(jié)構(gòu)，兩段互補(bǔ)的序列可形成莖干，完全互補(bǔ)時(shí)形成的結(jié)構(gòu)稱為發(fā)夾，一端有未配對的堿基時(shí)形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)或發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)柄環(huán)結(jié)構(gòu)：一段獨(dú)立的核酸序列，末端形成一小段互補(bǔ)配對的結(jié)構(gòu)，其余部分形成環(huán)十字型結(jié)構(gòu)：具有回文序列的雙鏈核酸中，當(dāng)兩條鏈都可自發(fā)形成發(fā)夾/莖環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)可產(chǎn)生十字型結(jié)構(gòu)凸起：雙螺旋的一條鏈上有單個(gè)堿基多余時(shí)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)6核酸結(jié)合蛋白課件7核酸結(jié)合蛋白課件8核酸結(jié)合蛋白課件9大腸桿菌16S

rRNA的二級

結(jié)構(gòu)大腸桿菌16S

rRNA的二級

結(jié)構(gòu)10I類內(nèi)含子的二級結(jié)構(gòu)I類內(nèi)含子的二級結(jié)構(gòu)11II類內(nèi)含子的二級結(jié)構(gòu)II類12植物病毒和類病毒類病毒（viroids）感染性RNA分子，獨(dú)自具有功能，外面不包被任何蛋白外殼。擬病毒（virusoids）與此結(jié)構(gòu)相同。但包被在植物病毒內(nèi)。擬病毒本身不能復(fù)制，必須依賴病毒的幫助，這種擬病毒有時(shí)稱為衛(wèi)星RNAs（satelliteRNAs）植物病毒和類病毒類病毒（viroids）感染性RNA分子，獨(dú)13錘頭結(jié)含58nt,有3個(gè)莖環(huán)和13堿基的保守順序錘頭結(jié)含58nt,有3個(gè)莖環(huán)和13堿基的保守順序14核酸結(jié)合蛋白課件15核酸結(jié)合蛋白課件16核酸結(jié)合蛋白課件17核酸結(jié)合蛋白課件18核酸結(jié)合蛋白課件19核酸結(jié)合蛋白課件20核酸結(jié)合蛋白課件21RNA的三鏈結(jié)構(gòu)RNA的三鏈結(jié)構(gòu)22tRNA的三級結(jié)構(gòu)（L型）：tRNA的三級結(jié)構(gòu)（L型）：23核酸結(jié)合蛋白課件24DNA和RNA結(jié)合蛋白中基本的識別結(jié)構(gòu)縮寫：HMG＝高泳動(dòng)結(jié)構(gòu)；TAF＝TBP(TATA結(jié)合蛋白)相關(guān)因子；BPV＝牛乳頭瘤病毒；RNP＝核糖核酸蛋白；dsRBD=雙鏈RNA結(jié)合蛋白；hnRNP=核內(nèi)不均一核糖核蛋白DNA和RNA結(jié)合蛋白中基本的識別結(jié)構(gòu)縮寫：HMG＝高泳動(dòng)結(jié)25Theribbon-helix-helixmotif.Thedrawingisoftheribbon-helix-helixmotifoftheEscherichiacoliMetJrepressor,whichconsistsofadimeroftwoidenticalproteins,oneshowninblueandtheotheringreen.Theβ-strandsattheleftofthestructuremakecontactwiththemajorgrooveofthedoublehelix.‘N'and‘C'indicatetheN-andC-terminiofthemotif,respectively.Theribbon-helix-helixmotif.T26帶-螺旋－螺旋NNCC帶-螺旋－螺旋NNCC27帶-螺旋-螺旋模體帶-螺旋-螺旋模體28二蛋白中的DNA結(jié)合基序一、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模體（HTHmotif)這種模體包含有兩個(gè)螺旋，螺旋之間間隔有一個(gè)短的轉(zhuǎn)角，使兩個(gè)螺旋可通過疏水作用裝配起來。第一個(gè)螺旋穩(wěn)定并使第二個(gè)螺旋暴露出來，與DNA的大溝作用，而特異性地與堿基接觸，第二個(gè)螺旋仍被稱為識別螺旋(recognitionhelix)。在很多細(xì)菌的調(diào)節(jié)蛋白中有這種相同的模體存在，如Lac阻遏蛋白,Trp阻遏蛋白、分解代謝激活蛋白(CAP),阻遏蛋白-Cro,λ的CI蛋白，在酵母中涉及交配型的a1和a2蛋白。在高等真核中的Oct-1和Oct-2也屬于此類型；在果蠅早期胚胎發(fā)育中決定體節(jié)的一些基因如bicoid編碼的蛋白。二蛋白中的DNA結(jié)合基序一、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模體（HTH29Lac阻遏蛋白Lac阻遏蛋白30螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋鉸鏈區(qū)四聚體聚合區(qū)核心功能區(qū)1核心功能區(qū)2圖14-6Lac阻遏蛋白單體的結(jié)構(gòu)（轉(zhuǎn)引自Lewin,2000）Lac阻遏蛋白單體的結(jié)構(gòu)螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋鉸鏈區(qū)四聚體聚合區(qū)核心功能區(qū)1核心功能區(qū)2圖31核酸結(jié)合蛋白課件32λ的CI蛋白λ的CI蛋白33在二聚體的α-螺旋和DNA結(jié)合的模型中，α-螺旋-3單體位于DNA同一面的大溝中，而α-螺旋-2橫在此大溝上。

在二聚體的α-螺旋和DNA結(jié)合的模型中，α-螺旋-3單體位于34識別螺旋順著DNA大溝排列識別螺旋順著35核酸結(jié)合蛋白課件36分解代謝激活蛋白(CAP)分解代謝激活蛋白(CAP)37核酸結(jié)合蛋白課件38核酸結(jié)合蛋白課件39核酸結(jié)合蛋白課件40CAP蛋白和DNA結(jié)合形成環(huán)，阻遏蛋白四聚體和操縱基因結(jié)合CAP蛋白和DNA結(jié)合形成環(huán)，阻遏蛋白四聚體和操縱基因結(jié)合41Trp阻遏物識別螺旋與大溝垂直Trp42同源異形結(jié)構(gòu)域（Homeodomains，HD）是一種編碼60aa的序列，長180bp，它存在于很多控制果蠅早期發(fā)育基因中，在高等生物中也發(fā)現(xiàn)了相關(guān)基序。HD的C-端區(qū)域和原核阻遏蛋白的HTH同源，但也有幾點(diǎn)不同:（1）HD的C端由3個(gè)α-螺旋構(gòu)成，螺旋3結(jié)合于大溝，長17aa；而阻遏蛋白由5個(gè)α-螺旋構(gòu)成，螺旋3長僅9個(gè)aa；（2）原核的HTH的以二聚體形式與DNA結(jié)合，靶序列是回文結(jié)構(gòu)，而HD是以單體形式與DNA結(jié)合，靶序列不是回文結(jié)構(gòu)；（3）HDN-端的臂位于小溝，而HTH螺旋1的末端與DNA的背面接觸。

同源異形結(jié)構(gòu)域（Homeodomains，HD）是一種編碼643核酸結(jié)合蛋白課件44觸角足蛋白的同源結(jié)構(gòu)域觸角足蛋白的同源結(jié)構(gòu)域45POU(pit-1,oct-1,oct-2,和

線蟲unc-86基因)結(jié)構(gòu)域由70到75個(gè)氨基酸構(gòu)成，位于許多真核轉(zhuǎn)錄因子的同源盒結(jié)構(gòu)域(Homeobox)的上游。POU結(jié)構(gòu)域有兩個(gè)保守的區(qū)域，一個(gè)為POU特異結(jié)構(gòu)區(qū)域，另一個(gè)是POU的同源結(jié)構(gòu)域，兩個(gè)亞結(jié)構(gòu)域由一個(gè)螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模體作為結(jié)合DNA的功能區(qū)，同時(shí)也參與介導(dǎo)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)間的作用?，F(xiàn)在已知，許多轉(zhuǎn)錄因子都可和POU結(jié)構(gòu)域發(fā)生作用。POU(pit-1,oct-1,oct-2,和

線蟲unc-46POU轉(zhuǎn)錄因子POU轉(zhuǎn)錄因子47配對功能域（parieddomain）：果蠅和脊椎動(dòng)物的Pax-配對盒-轉(zhuǎn)錄因子含有兩個(gè)HTH模體。相關(guān)蛋白含有第二個(gè)HTH模體和一個(gè)與Hin重組酶同源的組件，一道組成了獨(dú)特的配對功能域(parieddomain)

高泳動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)域（HMGdomain):存在于染色體結(jié)構(gòu)蛋白和Sry等轉(zhuǎn)錄因子中。可和dsDNA的小溝作用，實(shí)際上屬于與HTH蛋白不同的DNA結(jié)合蛋白家族。細(xì)菌HTH模體的特點(diǎn)（1）識別螺旋的N端負(fù)責(zé)結(jié)合DNA，同源結(jié)構(gòu)域識別螺旋的中部區(qū)域完成結(jié)合功能；（2）同源結(jié)構(gòu)域識別螺旋方向保守；（3）同源結(jié)構(gòu)域蛋白的二聚化。真核生物具有HTH模體的其他功能域配對功能域（parieddomain）：果蠅和脊椎動(dòng)物的48核酸結(jié)合蛋白課件49核酸結(jié)合蛋白課件50核酸結(jié)合蛋白課件51HumanPAX-6parieddomainHumanSry-DNAcomplexHumanPAX-6parieddomainHuman52在包括蚯蚓、昆蟲和脊椎動(dòng)物在內(nèi)的五門動(dòng)物中，都存在一組控制眼功能發(fā)育的基因叫Pax-6（pairedboxgene成對框-6）。在包括蚯蚓、昆蟲和脊椎動(dòng)物在內(nèi)的五門動(dòng)物中，都存在一組控制眼53核酸結(jié)合蛋白課件54核酸結(jié)合蛋白課件55核酸結(jié)合蛋白課件5633.1733.1333.1733.1357核酸結(jié)合蛋白課件58二、半胱氨酸-組氨酸鋅指1、鋅指結(jié)構(gòu)是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的真核細(xì)胞中同DNA結(jié)合有關(guān)的結(jié)構(gòu)，在細(xì)菌中十分少見。2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：有β發(fā)夾和一個(gè)相鄰的α螺旋。以一對半胱氨酸和一對組氨酸在12個(gè)氨基酸殘基組成的環(huán)中和鋅離子配位。環(huán)狀結(jié)構(gòu)核心序列保守（C-X2-4-C-X2-4-F-X5-L-X2-H-X3-4-H),突出于蛋白表面，頂端堿性殘基同DNA分子大溝作用。3、多個(gè)鋅指同DNA結(jié)合，有的鋅指作為隔離物，不同DNA直接接觸。鋅指（zincfinger）基序二、半胱氨酸-組氨酸鋅指3、多個(gè)鋅指同DNA結(jié)合，有的鋅指作59核酸結(jié)合蛋白課件60核酸結(jié)合蛋白課件61蛋白來源指結(jié)合的DNA靶功能TFⅢA哺乳動(dòng)物950bp5S基因5S基因轉(zhuǎn)錄因子SP1哺乳動(dòng)物310bpGCbox一般的轉(zhuǎn)錄因子ADR1酵母222bpADH2基因激活A(yù)DH基因Kruppel果蠅5?？胚的分節(jié)駝背基因產(chǎn)物果蠅4+2?？胚的分節(jié)帶有Cis/Hi鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子和DNA結(jié)合蛋白ADR1:釀酒酵母的轉(zhuǎn)錄激活蛋白，表達(dá)醇脫氫酶ADH2等所需的DNA結(jié)合蛋白蛋白來源指結(jié)合的DNA靶功能TFⅢA哺乳動(dòng)物950bp5S基62典型的鋅指蛋白有一組鋅指，單個(gè)的鋅指的保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-His,根據(jù)鋅結(jié)合位點(diǎn)的氨基酸又把鋅指分成為2Cys/2His和2cys/2cys兩類，前者為Ⅰ型，后者為Ⅱ型鋅指，Ⅰ型結(jié)構(gòu)“指”的本身由23aa組成，“指”與“指”之間通常由7-8aa連接。

典型的鋅指蛋白有一組鋅指，單個(gè)的鋅指的保守序列是：Cys-X63鋅指可形成--helix插入大溝，與其相連接的-sheet在另一側(cè)鋅指可形成--helix插入大溝，與其相連接的-s64糖皮質(zhì)激素和雌激素受體都有兩個(gè)“指”，每個(gè)指在Cys四分體的中央帶有一個(gè)鋅原子。兩個(gè)指形成α-螺旋，彼此折疊成一個(gè)大的球狀功能域。α-螺旋與螺旋相連的β折疊一道形成一個(gè)疏水中心。N-端螺旋的一側(cè)和DNA的大溝接觸，兩個(gè)糖皮質(zhì)激素受體形成二聚體和DNA結(jié)合，每個(gè)受體負(fù)責(zé)和連續(xù)的大溝接觸。每個(gè)“指”控制著受體的重要特點(diǎn)。圖表明在第一個(gè)“指”的右側(cè)控制DNA的結(jié)合，在第二指的左側(cè)控制著形成二聚體的能力。糖皮質(zhì)激素和雌激素受體都有兩個(gè)“指”，每個(gè)指在Cys四分體的65ViewoftheLacrepressorDNAcomplex,asdeterminedbyX-raycrystallography.Heretherepressortetramerisshownbindingtotwooperators.Eachdimerbindstooneoperator.Theoperatorsare21basepairslonghereandareshownindarkandlightblue.Themonomersarecoloredgreen,pink,red,andyellow.Notehowtheamino-terminalheadpieceononemonomer(pink)crossestheothermonomer(green)tobindthefirstpartoftheoperator,whereasthesecondmonomerheadpiece(green)crossesovertobindthesecondpartoftheoperator.Thus,therecognitionhelixfromeachoftwosubunitsbindstotheconsecutivepartsofthesameoperator.ViewoftheLacrepressorDNA66

爪蟾TFШA鋅指結(jié)構(gòu)域經(jīng)典的鋅指結(jié)構(gòu)爪蟾TFШA鋅指結(jié)構(gòu)域經(jīng)典的鋅指結(jié)構(gòu)67三、半胱氨酸鋅指1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：含鋅的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域只用半胱氨酸配位鋅2、核受體家族的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)（1）DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)為一個(gè)包含兩相互垂直α螺旋的球形結(jié)構(gòu)（2）以二聚體的形式結(jié)合DNA3、鋅雙核簇：酵母蛋白所特有，由6個(gè)半胱氨酸配位2個(gè)鋅原子，具有保守序列C-X2-C-X6-C-X6-C-X2-C-X6-C三、半胱氨酸鋅指3、鋅雙核簇：酵母蛋白所特有，由6個(gè)半胱氨酸68表Cys2/Cys2型的調(diào)節(jié)蛋白蛋白大小指靶糖皮質(zhì)激素受體94,0002GRE中20bp雌激素受體66,0002ERE中20bpGAL4(酵母)99,0001UAS中17bp腺病毒E1A～30,0001?表Cys2/Cys2型的調(diào)節(jié)蛋白蛋白大小指69

糖皮質(zhì)激素受體-DNA復(fù)合物糖皮質(zhì)激素受體70GAL-4的鋅雙合簇的結(jié)構(gòu)（左：前視圖；中：測視圖右：俯視圖（拉鏈作為二聚化結(jié)構(gòu)）GAL-4的鋅雙合簇的結(jié)構(gòu)（左：前視圖；中：測視圖71核酸結(jié)合蛋白課件72四、堿性結(jié)合結(jié)構(gòu)域（bZIP及bHLH)

亮氨酸拉鏈（Leucineziipper）和螺旋-環(huán)-螺旋（HLH）1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：高度堿性的α螺旋作為同DNA的基本識別結(jié)構(gòu)，螺旋通常以二聚體的形式存在，二聚化結(jié)構(gòu)域一樣為DNA結(jié)合所必需。2、結(jié)合機(jī)制：堿性結(jié)構(gòu)域在溶液中采用一種無序的部分螺旋結(jié)構(gòu)，當(dāng)同DNA結(jié)合時(shí)，這種結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化而誘導(dǎo)了典型α螺旋的形成。C-Jun和C-Fos蛋白的異二聚體的結(jié)合比它們同二聚體更為堅(jiān)固。Myc，C/EBP（結(jié)合CAATbox和SV40核心增強(qiáng)子的一種因子），AP1蛋白（異二聚體，結(jié)合于SV40的增強(qiáng)子）等都具有亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)。

C-Jun和C-Fos蛋白的異二聚體的結(jié)合比它們同二聚體更為73亮氨酸拉鏈（leucinezipper）結(jié)構(gòu)域通常被定義為一行4-7個(gè)周期重復(fù)的亮氨酸殘基，其距離大約跨越8個(gè)螺旋轉(zhuǎn)彎，通式為L-x(6)-L-x(6)-L-x(6)-L，有時(shí)典型的亮氨酸殘基會(huì)被異亮氨酸或纈氨酸所代替。結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)亮氨酸拉鏈由平行的卷曲螺旋型α螺旋（coiled-coilα-helix）構(gòu)成，它們通過亮氨酸側(cè)鏈的疏水作用互相纏繞。亮氨酸拉鏈（leucinezipper）結(jié)構(gòu)域通常被定義為74核酸結(jié)合蛋白課件75核酸結(jié)合蛋白課件76核酸結(jié)合蛋白課件77GCN4二聚體結(jié)構(gòu)小鼠Max蛋白GCN4二聚體結(jié)構(gòu)78螺旋一環(huán)一螺旋

（HLH，helix-loop-helix）有一條含有兩個(gè)親水的α-螺旋,鏈長為40～50aa，兩個(gè)α-螺旋由很長的連接區(qū)（環(huán)）相連，螺旋的一側(cè)有疏水氨基酸，兩條鏈依賴疏水氨基酸的相互作用形成同二聚體或異二聚體，此螺旋區(qū)長約15～16aa，含有各種保守的殘基，連接環(huán)的長度不等，一般為12-28aa。與DNA結(jié)合的是堿性區(qū)，長為15aa，其中有6aa為堿性。在HLH中帶有堿性區(qū)的肽鏈稱為堿性HLH（bHLH，proteim）。螺旋一環(huán)一螺旋

（HLH，helix-loop-helix）79核酸結(jié)合蛋白課件80bHLH又分為兩類：A類是可以廣泛表達(dá)的蛋白，包括哺乳動(dòng)物的E12/E47（可和免疫球蛋基因增強(qiáng)子中的元件結(jié)合）和果蠅da（daughterless,性別控制的總開關(guān)基因）的產(chǎn)物；B類是組織特異性表達(dá)的蛋白，包括哺乳動(dòng)物的MyoD(肌漿蛋白（myogen）基因的轉(zhuǎn)錄因子)和果蠅的AC-S（achaete-scute無剛無基因的產(chǎn)物）這種bHLH可能是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白，大部分以異二聚體形式存在。bHLH又分為兩類：81類組蛋白結(jié)合模體五、1、核心組蛋白都有組蛋白折疊這樣一個(gè)保守的結(jié)構(gòu)，其包含兩個(gè)介導(dǎo)二聚化的螺旋-鏈-螺旋結(jié)構(gòu)2、許多轉(zhuǎn)錄因子于不同的核心組蛋白同源，如TAFs類組蛋白結(jié)合模體五、82類組蛋白結(jié)合模體真核細(xì)胞的DNA分子可通過同組蛋白作用被包裝成核小體。在核小體的核心顆粒中包含有二個(gè)負(fù)超螺旋彎曲的DNA圍繞著一個(gè)組蛋白的八聚體。這個(gè)八聚體分別由同樣兩個(gè)核心組蛋白H2A,H2B及H3，H4組成。它們同DNA之間的相互作用涉及DNA中富含AT區(qū)域的小溝存在于組蛋白八聚體的表面并將其纏繞。類組蛋白結(jié)合模體真核細(xì)胞的DNA分子可通過同組蛋白83一級序列揭示：各組蛋白之間僅有很低的同源性(<20%)，但是它們具有一個(gè)保守的結(jié)構(gòu)，即組蛋白折疊(histonefold)，它包含著由二個(gè)介導(dǎo)二聚化的融合的螺旋－鏈－螺旋的結(jié)構(gòu)，組蛋白的連接子(如H1，H5)也在染色體的高度有序化中起作用。一級序列揭示：各組蛋白之間僅有很低的同源性(<20%)，但是84六、其他DNA結(jié)合基序1、乳頭瘤病毒的E2蛋白包括4個(gè)β鏈和一個(gè)突出的α螺旋，二聚體形成β桶狀結(jié)構(gòu)2、通過β鏈識別（1）帶-螺旋-螺旋在MetJ,Are,Mnt中發(fā)現(xiàn)，通過β折疊同DNA識別；（2）TATA結(jié)合蛋白以反平行的β鏈同DNA結(jié)合，β鏈結(jié)合DNA的小溝。呈C字型包圍DNA六、其他DNA結(jié)合基序2、通過β鏈識別（2）TATA結(jié)合蛋白85E2蛋白E2蛋白86帶-螺旋-螺旋模體TBP結(jié)構(gòu)（上為前視圖；下為俯視圖）帶-螺旋-螺旋模體TBP結(jié)構(gòu)（上為前視圖；下為俯視圖）873、TheRel家族Rel同源結(jié)構(gòu)域(RHB)包含由鉸鏈區(qū)連接的免疫球蛋白折疊。Rel蛋白有形成二聚化的傾向4、DNA加工酶中的結(jié)合模體催化合成和拓?fù)湫揎椀拿敢詼蠣罨颦h(huán)狀結(jié)構(gòu)圍繞DNA，限制性內(nèi)切酶傾向于使DNA發(fā)生劇烈扭曲3、TheRel家族4、DNA加工酶中的結(jié)合模體8817.3蛋白中RNA結(jié)合模體一、RNP結(jié)構(gòu)域1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩種保守模體構(gòu)成更大結(jié)構(gòu)的一部分，大的結(jié)構(gòu)由4個(gè)β鏈和兩個(gè)α螺旋以β-α-β-β-α-β的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成,RNP1和RNP2模體位于一個(gè)四條β折疊的中心β

鏈處2、代表：U1A剪接體蛋白二、其他RNA結(jié)合模體1、雙鏈RNA-結(jié)合結(jié)構(gòu)域：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類似于RNP結(jié)構(gòu)域，但同RNA的特異性結(jié)合僅發(fā)生于第二個(gè)α螺旋和β折疊形成的裂縫中2、K同源結(jié)構(gòu)域3、其他17.3蛋白中RNA結(jié)合模體二、其他89U1剪接體蛋白N-端RNP結(jié)構(gòu)域U190

17.4蛋白，核酸結(jié)合的分子基礎(chǔ)一、核酸與蛋白的直接作用1、核酸蛋白直接作用的途徑（1）蛋白側(cè)鏈同堿基作用——序列特異性相互作用的主要形式；（2）蛋白主鏈同堿基作用；（3）蛋白側(cè)鏈同磷酸骨架的作用；（4）蛋白主鏈同磷酸骨架的作用。2、存在于蛋白和核酸相互作用中的非共價(jià)相互作用：氫鍵、范德華力、疏水作用、靜電作用及靜電鏈、核酸自身的氫鍵、堿基堆積作用和蛋白氨基酸殘基之間的吸引和排斥二、水在核酸蛋白相互作用中的作用1、負(fù)責(zé)結(jié)合反應(yīng)的親和力和特異性2、流動(dòng)性增加了蛋白結(jié)合對接觸面突變的適應(yīng)性17.4蛋白，核酸結(jié)合的分子基礎(chǔ)91三、核酸結(jié)構(gòu)的蛋白調(diào)節(jié)1、蛋白通過熔解堿基對，減小或增大彎折或螺旋來改變DNA的結(jié)構(gòu)。2、限制性內(nèi)切酶造成最劇烈的扭曲和扭結(jié)3、DNA的柔性在轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)形成中也有重要的作用四、二聚化和協(xié)同性1、二聚化的目的（1）通過增大結(jié)合蛋白的大小，增大接觸面和堿基識別的數(shù)量；（2）通過增大蛋白同DNA結(jié)合的接觸面，增加結(jié)合的穩(wěn)定性；（3）通過可循環(huán)的蛋白與蛋白作用，增加作用的親和力。2、二聚化的優(yōu)點(diǎn)：通過形成異二聚體增加識別靶位點(diǎn)的范圍，同時(shí)在調(diào)控中可使用非活性單體增加蛋白作用的多樣性

三、核酸結(jié)構(gòu)的蛋白調(diào)節(jié)923、二聚化對于bZIP和bHLH蛋白家族成員的作用（1）功能的多樣性可由選擇性的二聚化產(chǎn)生，如c-Fos和c-Jun蛋白（2）調(diào)節(jié)的多樣性可由選擇性的二聚化產(chǎn)生，如MyoD1,成肌素，Myf-5和MRF-4的活性調(diào)節(jié)3、二聚化對于bZIP和bHLH蛋白家族成員的作用93

17.5序列特異性結(jié)合一、蛋白識別的DNA序列1、直接解讀：涉及大溝或小溝處蛋白和堿基之間的相互作用，蛋白直接識別堿基。2、非直接解讀：涉及蛋白和糖、磷酸骨架之間的相互作用，蛋白識別那些造成整個(gè)DNA特殊構(gòu)象的序列。二、DNA中的分子信號:DNA堿基中由一種隱藏在鍵模式中的信號。在大溝處，成鍵基團(tuán)模式對于每個(gè)堿基對是唯一的，因而在大溝出可以進(jìn)行明確的序列解讀；而在小溝處，成鍵模式是簡并的，僅存在A/T和G/C之間的區(qū)別三、解讀蛋白中的氨基酸1、結(jié)構(gòu)域交換：在不同的蛋白中進(jìn)行DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的交換2、部分結(jié)構(gòu)域交換：可鑒定出DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域中控制序列特異性的某些特定區(qū)域17.5序列特異性結(jié)合三、解讀蛋94大溝側(cè)小溝側(cè)大溝側(cè)小溝側(cè)95大溝側(cè)小溝側(cè)大溝側(cè)小溝側(cè)963、結(jié)構(gòu)分析：通過X射線和NMR對蛋白-DNA復(fù)合體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以在原子分辨水平上確定分子內(nèi)鍵的空間排列四、假定的鋅指蛋白DNA識別密碼1、一般而言，沒有一套普遍的密碼適用于所有序列特異性蛋白和DNA的相互作用2、對于一些Cys2His2鋅指蛋白而言，它們同DNA的作用特點(diǎn)簡單，總是幾個(gè)同樣的氨基酸鏈同堿基作用，如Zif2683、Zif268中的保守序列：Pro1(Tyr/Phe)2XCys4XXCys7XXXPhe11XX13XX15X16Leu17XX19His20XXXHis243、結(jié)構(gòu)分析：通過X射線和NMR對蛋白-DNA復(fù)合體的結(jié)四、97StructureofthefirstzincfingerofZif268.Residues13,15,16and19areimplicatedinDNArecognition,inthiscasethebasetripletGCG.Thezincionisinthelowerrightportionofthestructureandischelatedbytwocysteinesandtwohistidines.Structureofthefirstzincfi98五、序列特異性的RNA識別1、RNA在細(xì)胞中作用的多樣化造成RNA-蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)的多樣化2、氨基酰-tRNA合成酶同底物作用的方式五、序列特異性的RNA識別99I類tRNA合成酶與tRNA受體莖的小溝和反密碼子環(huán)結(jié)合II類tRNA合成酶，在tRNA受體莖的大溝處和反密碼子環(huán)結(jié)合I類tRNA合成酶與tRNA受體II類tRNA合成酶，在tR10017.6研究蛋白核酸相互作用的技術(shù)一、同蛋白作用的核苷酸序列的描述二、同核苷酸作用的蛋白質(zhì)的純化方法1、硝酸纖維素層析：利用RNA可結(jié)合于硝酸纖維素上，早期用于分離RNA結(jié)合蛋白2、親和層析——高效分離DNA結(jié)合蛋白（1）寡核苷酸親和純化的基本要求

※確定最小的核酸結(jié)合序列

※隔開介質(zhì)和識別序列的臂的長度

※固相化介質(zhì)應(yīng)具有適宜的液體流動(dòng)性，從而允許蛋白或蛋白復(fù)合物接近核酸序列17.6研究蛋白核酸相互作用的技術(shù)二、同核苷酸作用的蛋白101核酸結(jié)合蛋白課件102※※※※混合

DNA蛋白DNA蛋白G

DNAG蛋白

阻滯條帶※※足跡凝膠阻滯分析DNA酶足跡法※※DNAaseI消化修飾mGmG※※※※GG※※mGG剪切剪切產(chǎn)物消失修飾保護(hù)修飾※※※※混合DNA蛋白103※GGGG有限的隨機(jī)修飾※※※※GmGGGGGmGGGGGmGmGGGG從膠上切出，剪切獨(dú)特的剪切產(chǎn)物修飾干涉※GGGG有限的隨※※※※GmGGGG104（2）非特異性結(jié)合的基本解決方案

※利用一個(gè)非特異性寡聚核苷酸親和預(yù)裝柱，或用含有隨機(jī)的或雜亂無序的核酸序列親和柱

※在親和柱內(nèi)加入過量的非特異性寡核苷酸

※在已知與非特異性蛋白高親和結(jié)合部位側(cè)翼序列情況下，重新構(gòu)建一個(gè)親和柱，改變其高親和部位的側(cè)翼序列3、純化的蛋白測序、設(shè)計(jì)核苷酸探針或引物，篩cDNA文庫分離對應(yīng)于DNA結(jié)合蛋白的克隆并表達(dá)三、鑒定必需的核酸蛋白1、RNA-蛋白復(fù)合物結(jié)構(gòu)的測定2、RNA-蛋白復(fù)合物功能的測定（2）非特異性結(jié)合的基本解決方案105第17章

核酸結(jié)合蛋白第17章

核酸結(jié)合蛋白106基本概念和定義蛋白和核酸的相互作用主要可分為四類：（1）即結(jié)構(gòu)和包裝作用（如組蛋白、病毒衣殼蛋白等）；（2）運(yùn)輸和定位作用（tRNA,mRNA和核糖體結(jié)合）；（3）代謝和重排作用（如DNA和RNA聚合酶、核酸酶、解旋酶等）；（4）基因表達(dá)作用（如RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子、核糖體和起始因子等）。值得注意的是：對于特定蛋白而言，其功能并不是唯一的?；靖拍詈投x蛋白和核酸的相互作用主要可分為四類：107根據(jù)底物的特殊性，核酸結(jié)合蛋白可分為三類：（1）非特異性結(jié)合蛋白；（2）序列特異性結(jié)合蛋白；（3）結(jié)合特殊結(jié)構(gòu)的蛋白（如在DNA中的不正常堿基，重組中間體，以及核內(nèi)含子套索）。大部分核酸結(jié)合蛋白在一個(gè)內(nèi)部位點(diǎn)以定位方式相互作用。用于蛋白和核酸識別的非共價(jià)鍵主要包括（1）靜電吸引和氫鍵，（2）主鏈連接，（3）氫鍵和堿基連接。同時(shí)，在相互作用時(shí)，蛋白和核酸的構(gòu)象常常發(fā)生改變，以產(chǎn)生最大的互補(bǔ)作用表面。根據(jù)底物的特殊性，核酸結(jié)合蛋白可分為三類：（1）非特異性結(jié)108一.核酸被蛋白識別（一）DNA識別的一般方式1、識別基礎(chǔ)：DNA結(jié)合蛋白識別整個(gè)螺旋分子的幾何結(jié)構(gòu)，通過接觸大溝或小溝，連接核糖磷酸主鏈或堿基同DNA相互作用。2、同dsDNA結(jié)合的蛋白（1）同DNA末端相互作用的蛋白（如DNA連接酶，外切酶）；（2）圍繞DNA或以深的狹縫結(jié)合DNA的蛋白（DNA聚合酶，拓?fù)洚悩?gòu)酶）；（3）同DNA雙螺旋表面作用的蛋白（如轉(zhuǎn)錄因子）。一.核酸被蛋白識別（一）DNA識別的一般方式109(二)RNA識別的一般方式1、識別基礎(chǔ)：（1）一級序列（如SD序列，加尾序列）（2）RNA折疊形成的高級結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)(突起，發(fā)夾，莖環(huán))如著錄終止，tRNA的加工，內(nèi)含子剪切等三級結(jié)構(gòu)（三股螺旋，tRNA的L-形結(jié)構(gòu)）如aa-tRNA和氨酰合成酶的結(jié)合。

2、RNA結(jié)合蛋白的特征（1)局部形成方式同RNA相互作用；（2）β折疊常用于相互識別的表面(二)RNA識別的一般方式110凸起：雙螺旋的一條鏈上有單個(gè)堿基多余時(shí)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)凸環(huán)：雙螺旋的一條鏈上有多于一個(gè)堿基多余時(shí)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)：雙鏈結(jié)構(gòu)中由于一個(gè)或多個(gè)堿基錯(cuò)配形成的畸形結(jié)構(gòu)發(fā)夾/莖環(huán)結(jié)構(gòu)：具有不完善的兩側(cè)對稱結(jié)構(gòu)的區(qū)域形成的二級結(jié)構(gòu)，兩段互補(bǔ)的序列可形成莖干，完全互補(bǔ)時(shí)形成的結(jié)構(gòu)稱為發(fā)夾，一端有未配對的堿基時(shí)形成莖環(huán)結(jié)構(gòu)或發(fā)夾環(huán)結(jié)構(gòu)柄環(huán)結(jié)構(gòu)：一段獨(dú)立的核酸序列，末端形成一小段互補(bǔ)配對的結(jié)構(gòu)，其余部分形成環(huán)十字型結(jié)構(gòu)：具有回文序列的雙鏈核酸中，當(dāng)兩條鏈都可自發(fā)形成發(fā)夾/莖環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)可產(chǎn)生十字型結(jié)構(gòu)凸起：雙螺旋的一條鏈上有單個(gè)堿基多余時(shí)出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)111核酸結(jié)合蛋白課件112核酸結(jié)合蛋白課件113核酸結(jié)合蛋白課件114大腸桿菌16S

rRNA的二級

結(jié)構(gòu)大腸桿菌16S

rRNA的二級

結(jié)構(gòu)115I類內(nèi)含子的二級結(jié)構(gòu)I類內(nèi)含子的二級結(jié)構(gòu)116II類內(nèi)含子的二級結(jié)構(gòu)II類117植物病毒和類病毒類病毒（viroids）感染性RNA分子，獨(dú)自具有功能，外面不包被任何蛋白外殼。擬病毒（virusoids）與此結(jié)構(gòu)相同。但包被在植物病毒內(nèi)。擬病毒本身不能復(fù)制，必須依賴病毒的幫助，這種擬病毒有時(shí)稱為衛(wèi)星RNAs（satelliteRNAs）植物病毒和類病毒類病毒（viroids）感染性RNA分子，獨(dú)118錘頭結(jié)含58nt,有3個(gè)莖環(huán)和13堿基的保守順序錘頭結(jié)含58nt,有3個(gè)莖環(huán)和13堿基的保守順序119核酸結(jié)合蛋白課件120核酸結(jié)合蛋白課件121核酸結(jié)合蛋白課件122核酸結(jié)合蛋白課件123核酸結(jié)合蛋白課件124核酸結(jié)合蛋白課件125核酸結(jié)合蛋白課件126RNA的三鏈結(jié)構(gòu)RNA的三鏈結(jié)構(gòu)127tRNA的三級結(jié)構(gòu)（L型）：tRNA的三級結(jié)構(gòu)（L型）：128核酸結(jié)合蛋白課件129DNA和RNA結(jié)合蛋白中基本的識別結(jié)構(gòu)縮寫：HMG＝高泳動(dòng)結(jié)構(gòu)；TAF＝TBP(TATA結(jié)合蛋白)相關(guān)因子；BPV＝牛乳頭瘤病毒；RNP＝核糖核酸蛋白；dsRBD=雙鏈RNA結(jié)合蛋白；hnRNP=核內(nèi)不均一核糖核蛋白DNA和RNA結(jié)合蛋白中基本的識別結(jié)構(gòu)縮寫：HMG＝高泳動(dòng)結(jié)130Theribbon-helix-helixmotif.Thedrawingisoftheribbon-helix-helixmotifoftheEscherichiacoliMetJrepressor,whichconsistsofadimeroftwoidenticalproteins,oneshowninblueandtheotheringreen.Theβ-strandsattheleftofthestructuremakecontactwiththemajorgrooveofthedoublehelix.‘N'and‘C'indicatetheN-andC-terminiofthemotif,respectively.Theribbon-helix-helixmotif.T131帶-螺旋－螺旋NNCC帶-螺旋－螺旋NNCC132帶-螺旋-螺旋模體帶-螺旋-螺旋模體133二蛋白中的DNA結(jié)合基序一、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模體（HTHmotif)這種模體包含有兩個(gè)螺旋，螺旋之間間隔有一個(gè)短的轉(zhuǎn)角，使兩個(gè)螺旋可通過疏水作用裝配起來。第一個(gè)螺旋穩(wěn)定并使第二個(gè)螺旋暴露出來，與DNA的大溝作用，而特異性地與堿基接觸，第二個(gè)螺旋仍被稱為識別螺旋(recognitionhelix)。在很多細(xì)菌的調(diào)節(jié)蛋白中有這種相同的模體存在，如Lac阻遏蛋白,Trp阻遏蛋白、分解代謝激活蛋白(CAP),阻遏蛋白-Cro,λ的CI蛋白，在酵母中涉及交配型的a1和a2蛋白。在高等真核中的Oct-1和Oct-2也屬于此類型；在果蠅早期胚胎發(fā)育中決定體節(jié)的一些基因如bicoid編碼的蛋白。二蛋白中的DNA結(jié)合基序一、螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模體（HTH134Lac阻遏蛋白Lac阻遏蛋白135螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋鉸鏈區(qū)四聚體聚合區(qū)核心功能區(qū)1核心功能區(qū)2圖14-6Lac阻遏蛋白單體的結(jié)構(gòu)（轉(zhuǎn)引自Lewin,2000）Lac阻遏蛋白單體的結(jié)構(gòu)螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋鉸鏈區(qū)四聚體聚合區(qū)核心功能區(qū)1核心功能區(qū)2圖136核酸結(jié)合蛋白課件137λ的CI蛋白λ的CI蛋白138在二聚體的α-螺旋和DNA結(jié)合的模型中，α-螺旋-3單體位于DNA同一面的大溝中，而α-螺旋-2橫在此大溝上。

在二聚體的α-螺旋和DNA結(jié)合的模型中，α-螺旋-3單體位于139識別螺旋順著DNA大溝排列識別螺旋順著140核酸結(jié)合蛋白課件141分解代謝激活蛋白(CAP)分解代謝激活蛋白(CAP)142核酸結(jié)合蛋白課件143核酸結(jié)合蛋白課件144核酸結(jié)合蛋白課件145CAP蛋白和DNA結(jié)合形成環(huán)，阻遏蛋白四聚體和操縱基因結(jié)合CAP蛋白和DNA結(jié)合形成環(huán)，阻遏蛋白四聚體和操縱基因結(jié)合146Trp阻遏物識別螺旋與大溝垂直Trp147同源異形結(jié)構(gòu)域（Homeodomains，HD）是一種編碼60aa的序列，長180bp，它存在于很多控制果蠅早期發(fā)育基因中，在高等生物中也發(fā)現(xiàn)了相關(guān)基序。HD的C-端區(qū)域和原核阻遏蛋白的HTH同源，但也有幾點(diǎn)不同:（1）HD的C端由3個(gè)α-螺旋構(gòu)成，螺旋3結(jié)合于大溝，長17aa；而阻遏蛋白由5個(gè)α-螺旋構(gòu)成，螺旋3長僅9個(gè)aa；（2）原核的HTH的以二聚體形式與DNA結(jié)合，靶序列是回文結(jié)構(gòu)，而HD是以單體形式與DNA結(jié)合，靶序列不是回文結(jié)構(gòu)；（3）HDN-端的臂位于小溝，而HTH螺旋1的末端與DNA的背面接觸。

同源異形結(jié)構(gòu)域（Homeodomains，HD）是一種編碼6148核酸結(jié)合蛋白課件149觸角足蛋白的同源結(jié)構(gòu)域觸角足蛋白的同源結(jié)構(gòu)域150POU(pit-1,oct-1,oct-2,和

線蟲unc-86基因)結(jié)構(gòu)域由70到75個(gè)氨基酸構(gòu)成，位于許多真核轉(zhuǎn)錄因子的同源盒結(jié)構(gòu)域(Homeobox)的上游。POU結(jié)構(gòu)域有兩個(gè)保守的區(qū)域，一個(gè)為POU特異結(jié)構(gòu)區(qū)域，另一個(gè)是POU的同源結(jié)構(gòu)域，兩個(gè)亞結(jié)構(gòu)域由一個(gè)螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋模體作為結(jié)合DNA的功能區(qū)，同時(shí)也參與介導(dǎo)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)間的作用?，F(xiàn)在已知，許多轉(zhuǎn)錄因子都可和POU結(jié)構(gòu)域發(fā)生作用。POU(pit-1,oct-1,oct-2,和

線蟲unc-151POU轉(zhuǎn)錄因子POU轉(zhuǎn)錄因子152配對功能域（parieddomain）：果蠅和脊椎動(dòng)物的Pax-配對盒-轉(zhuǎn)錄因子含有兩個(gè)HTH模體。相關(guān)蛋白含有第二個(gè)HTH模體和一個(gè)與Hin重組酶同源的組件，一道組成了獨(dú)特的配對功能域(parieddomain)

高泳動(dòng)蛋白結(jié)構(gòu)域（HMGdomain):存在于染色體結(jié)構(gòu)蛋白和Sry等轉(zhuǎn)錄因子中。可和dsDNA的小溝作用，實(shí)際上屬于與HTH蛋白不同的DNA結(jié)合蛋白家族。細(xì)菌HTH模體的特點(diǎn)（1）識別螺旋的N端負(fù)責(zé)結(jié)合DNA，同源結(jié)構(gòu)域識別螺旋的中部區(qū)域完成結(jié)合功能；（2）同源結(jié)構(gòu)域識別螺旋方向保守；（3）同源結(jié)構(gòu)域蛋白的二聚化。真核生物具有HTH模體的其他功能域配對功能域（parieddomain）：果蠅和脊椎動(dòng)物的153核酸結(jié)合蛋白課件154核酸結(jié)合蛋白課件155核酸結(jié)合蛋白課件156HumanPAX-6parieddomainHumanSry-DNAcomplexHumanPAX-6parieddomainHuman157在包括蚯蚓、昆蟲和脊椎動(dòng)物在內(nèi)的五門動(dòng)物中，都存在一組控制眼功能發(fā)育的基因叫Pax-6（pairedboxgene成對框-6）。在包括蚯蚓、昆蟲和脊椎動(dòng)物在內(nèi)的五門動(dòng)物中，都存在一組控制眼158核酸結(jié)合蛋白課件159核酸結(jié)合蛋白課件160核酸結(jié)合蛋白課件16133.1733.1333.1733.13162核酸結(jié)合蛋白課件163二、半胱氨酸-組氨酸鋅指1、鋅指結(jié)構(gòu)是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的真核細(xì)胞中同DNA結(jié)合有關(guān)的結(jié)構(gòu)，在細(xì)菌中十分少見。2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：有β發(fā)夾和一個(gè)相鄰的α螺旋。以一對半胱氨酸和一對組氨酸在12個(gè)氨基酸殘基組成的環(huán)中和鋅離子配位。環(huán)狀結(jié)構(gòu)核心序列保守（C-X2-4-C-X2-4-F-X5-L-X2-H-X3-4-H),突出于蛋白表面，頂端堿性殘基同DNA分子大溝作用。3、多個(gè)鋅指同DNA結(jié)合，有的鋅指作為隔離物，不同DNA直接接觸。鋅指（zincfinger）基序二、半胱氨酸-組氨酸鋅指3、多個(gè)鋅指同DNA結(jié)合，有的鋅指作164核酸結(jié)合蛋白課件165核酸結(jié)合蛋白課件166蛋白來源指結(jié)合的DNA靶功能TFⅢA哺乳動(dòng)物950bp5S基因5S基因轉(zhuǎn)錄因子SP1哺乳動(dòng)物310bpGCbox一般的轉(zhuǎn)錄因子ADR1酵母222bpADH2基因激活A(yù)DH基因Kruppel果蠅5?？胚的分節(jié)駝背基因產(chǎn)物果蠅4+2?？胚的分節(jié)帶有Cis/Hi鋅指結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子和DNA結(jié)合蛋白ADR1:釀酒酵母的轉(zhuǎn)錄激活蛋白，表達(dá)醇脫氫酶ADH2等所需的DNA結(jié)合蛋白蛋白來源指結(jié)合的DNA靶功能TFⅢA哺乳動(dòng)物950bp5S基167典型的鋅指蛋白有一組鋅指，單個(gè)的鋅指的保守序列是：Cys-X2-4-Cys-X3-Phe-X5-Leu-X2-His-X2-His,根據(jù)鋅結(jié)合位點(diǎn)的氨基酸又把鋅指分成為2Cys/2His和2cys/2cys兩類，前者為Ⅰ型，后者為Ⅱ型鋅指，Ⅰ型結(jié)構(gòu)“指”的本身由23aa組成，“指”與“指”之間通常由7-8aa連接。

典型的鋅指蛋白有一組鋅指，單個(gè)的鋅指的保守序列是：Cys-X168鋅指可形成--helix插入大溝，與其相連接的-sheet在另一側(cè)鋅指可形成--helix插入大溝，與其相連接的-s169糖皮質(zhì)激素和雌激素受體都有兩個(gè)“指”，每個(gè)指在Cys四分體的中央帶有一個(gè)鋅原子。兩個(gè)指形成α-螺旋，彼此折疊成一個(gè)大的球狀功能域。α-螺旋與螺旋相連的β折疊一道形成一個(gè)疏水中心。N-端螺旋的一側(cè)和DNA的大溝接觸，兩個(gè)糖皮質(zhì)激素受體形成二聚體和DNA結(jié)合，每個(gè)受體負(fù)責(zé)和連續(xù)的大溝接觸。每個(gè)“指”控制著受體的重要特點(diǎn)。圖表明在第一個(gè)“指”的右側(cè)控制DNA的結(jié)合，在第二指的左側(cè)控制著形成二聚體的能力。糖皮質(zhì)激素和雌激素受體都有兩個(gè)“指”，每個(gè)指在Cys四分體的170ViewoftheLacrepressorDNAcomplex,asdeterminedbyX-raycrystallography.Heretherepressortetramerisshownbindingtotwooperators.Eachdimerbindstooneoperator.Theoperatorsare21basepairslonghereandareshownindarkandlightblue.Themonomersarecoloredgreen,pink,red,andyellow.Notehowtheamino-terminalheadpieceononemonomer(pink)crossestheothermonomer(green)tobindthefirstpartoftheoperator,whereasthesecondmonomerheadpiece(green)crossesovertobindthesecondpartoftheoperator.Thus,therecognitionhelixfromeachoftwosubunitsbindstotheconsecutivepartsofthesameoperator.ViewoftheLacrepressorDNA171

爪蟾TFШA鋅指結(jié)構(gòu)域經(jīng)典的鋅指結(jié)構(gòu)爪蟾TFШA鋅指結(jié)構(gòu)域經(jīng)典的鋅指結(jié)構(gòu)172三、半胱氨酸鋅指1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：含鋅的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域只用半胱氨酸配位鋅2、核受體家族的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)（1）DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)為一個(gè)包含兩相互垂直α螺旋的球形結(jié)構(gòu)（2）以二聚體的形式結(jié)合DNA3、鋅雙核簇：酵母蛋白所特有，由6個(gè)半胱氨酸配位2個(gè)鋅原子，具有保守序列C-X2-C-X6-C-X6-C-X2-C-X6-C三、半胱氨酸鋅指3、鋅雙核簇：酵母蛋白所特有，由6個(gè)半胱氨酸173表Cys2/Cys2型的調(diào)節(jié)蛋白蛋白大小指靶糖皮質(zhì)激素受體94,0002GRE中20bp雌激素受體66,0002ERE中20bpGAL4(酵母)99,0001UAS中17bp腺病毒E1A～30,0001?表Cys2/Cys2型的調(diào)節(jié)蛋白蛋白大小指174

糖皮質(zhì)激素受體-DNA復(fù)合物糖皮質(zhì)激素受體175GAL-4的鋅雙合簇的結(jié)構(gòu)（左：前視圖；中：測視圖右：俯視圖（拉鏈作為二聚化結(jié)構(gòu)）GAL-4的鋅雙合簇的結(jié)構(gòu)（左：前視圖；中：測視圖176核酸結(jié)合蛋白課件177四、堿性結(jié)合結(jié)構(gòu)域（bZIP及bHLH)

亮氨酸拉鏈（Leucineziipper）和螺旋-環(huán)-螺旋（HLH）1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：高度堿性的α螺旋作為同DNA的基本識別結(jié)構(gòu)，螺旋通常以二聚體的形式存在，二聚化結(jié)構(gòu)域一樣為DNA結(jié)合所必需。2、結(jié)合機(jī)制：堿性結(jié)構(gòu)域在溶液中采用一種無序的部分螺旋結(jié)構(gòu)，當(dāng)同DNA結(jié)合時(shí)，這種結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化而誘導(dǎo)了典型α螺旋的形成。C-Jun和C-Fos蛋白的異二聚體的結(jié)合比它們同二聚體更為堅(jiān)固。Myc，C/EBP（結(jié)合CAATbox和SV40核心增強(qiáng)子的一種因子），AP1蛋白（異二聚體，結(jié)合于SV40的增強(qiáng)子）等都具有亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)。

C-Jun和C-Fos蛋白的異二聚體的結(jié)合比它們同二聚體更為178亮氨酸拉鏈（leucinezipper）結(jié)構(gòu)域通常被定義為一行4-7個(gè)周期重復(fù)的亮氨酸殘基，其距離大約跨越8個(gè)螺旋轉(zhuǎn)彎，通式為L-x(6)-L-x(6)-L-x(6)-L，有時(shí)典型的亮氨酸殘基會(huì)被異亮氨酸或纈氨酸所代替。結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)亮氨酸拉鏈由平行的卷曲螺旋型α螺旋（coiled-coilα-helix）構(gòu)成，它們通過亮氨酸側(cè)鏈的疏水作用互相纏繞。亮氨酸拉鏈（leucinezipper）結(jié)構(gòu)域通常被定義為179核酸結(jié)合蛋白課件180核酸結(jié)合蛋白課件181核酸結(jié)合蛋白課件182GCN4二聚體結(jié)構(gòu)小鼠Max蛋白GCN4二聚體結(jié)構(gòu)183螺旋一環(huán)一螺旋

（HLH，helix-loop-helix）有一條含有兩個(gè)親水的α-螺旋,鏈長為40～50aa，兩個(gè)α-螺旋由很長的連接區(qū)（環(huán)）相連，螺旋的一側(cè)有疏水氨基酸，兩條鏈依賴疏水氨基酸的相互作用形成同二聚體或異二聚體，此螺旋區(qū)長約15～16aa，含有各種保守的殘基，連接環(huán)的長度不等，一般為12-28aa。與DNA結(jié)合的是堿性區(qū)，長為15aa，其中有6aa為堿性。在HLH中帶有堿性區(qū)的肽鏈稱為堿性HLH（bHLH，proteim）。螺旋一環(huán)一螺旋

（HLH，helix-loop-helix）184核酸結(jié)合蛋白課件185bHLH又分為兩類：A類是可以廣泛表達(dá)的蛋白，包括哺乳動(dòng)物的E12/E47（可和免疫球蛋基因增強(qiáng)子中的元件結(jié)合）和果蠅da（daughterless,性別控制的總開關(guān)基因）的產(chǎn)物；B類是組織特異性表達(dá)的蛋白，包括哺乳動(dòng)物的MyoD(肌漿蛋白（myogen）基因的轉(zhuǎn)錄因子)和果蠅的AC-S（achaete-scute無剛無基因的產(chǎn)物）這種bHLH可能是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白，大部分以異二聚體形式存在。bHLH又分為兩類：186類組蛋白結(jié)合模體五、1、核心組蛋白都有組蛋白折疊這樣一個(gè)保守的結(jié)構(gòu)，其包含兩個(gè)介導(dǎo)二聚化的螺旋-鏈-螺旋結(jié)構(gòu)2、許多轉(zhuǎn)錄因子于不同的核心組蛋白同源，如TAFs類組蛋白結(jié)合模體五、187類組蛋白結(jié)合模體真核細(xì)胞的DNA分子可通過同組蛋白作用被包裝成核小體。在核小體的核心顆粒中包含有二個(gè)負(fù)超螺旋彎曲的DNA圍繞著一個(gè)組蛋白的八聚體。這個(gè)八聚體分別由同樣兩個(gè)核心組蛋白H2A,H2B及H3，H4組成。它們同DNA之間的相互作用涉及DNA中富含AT區(qū)域的小溝存在于組蛋白八聚體的表面并將其纏繞。類組蛋白結(jié)合模體真核細(xì)胞的DNA分子可通過同組蛋白188一級序列揭示：各組蛋白之間僅有很低的同源性(<20%)，但是它們具有一個(gè)保守的結(jié)構(gòu)，即組蛋白折疊(histonefold)，它包含著由二個(gè)介導(dǎo)二聚化的融合的螺旋－鏈－螺旋的結(jié)構(gòu)，組蛋白的連接子(如H1，H5)也在染色體的高度有序化中起作用。一級序列揭示：各組蛋白之間僅有很低的同源性(<20%)，但是189六、其他DNA結(jié)合基序1、乳頭瘤病毒的E2蛋白包括4個(gè)β鏈和一個(gè)突出的α螺旋，二聚體形成β桶狀結(jié)構(gòu)2、通過β鏈識別（1）帶-螺旋-螺旋在MetJ,Are,Mnt中發(fā)現(xiàn)，通過β折疊同DNA識別；（2）TATA結(jié)合蛋白以反平行的β鏈同DNA結(jié)合，β鏈結(jié)合DNA的小溝。呈C字型包圍DNA六、其他DNA結(jié)合基序2、通過β鏈識別（2）TATA結(jié)合蛋白190E2蛋白E2蛋白191帶-螺旋-螺旋模體TBP結(jié)構(gòu)（上為前視圖；下為俯視圖）帶-螺旋-螺旋模體TBP結(jié)構(gòu)（上為前視圖；下為俯視圖）1923、TheRel家族Rel同源結(jié)構(gòu)域(RHB)包含由鉸鏈區(qū)連接的免疫球蛋白折疊。Rel蛋白有形成二聚化的傾向4、DNA加工酶中的結(jié)合模體催化合成和拓?fù)湫揎椀拿敢詼蠣罨颦h(huán)狀結(jié)構(gòu)圍繞DNA，限制性內(nèi)切酶傾向于使DNA發(fā)生劇烈扭曲3、TheRel家族4、DNA加工酶中的結(jié)合模體19317.3蛋白中RNA結(jié)合模體一、RNP結(jié)構(gòu)域1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩種保守模體構(gòu)成更大結(jié)構(gòu)的一部分，大的結(jié)構(gòu)由4個(gè)β鏈和兩個(gè)α螺旋以β-α-β-β-α-β的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成,RNP1和RNP2模體位于一個(gè)四條β折疊的中心β

鏈處2、代表：U1A剪接體蛋白二、其他RNA結(jié)合模體1、雙鏈RNA-結(jié)合結(jié)構(gòu)域：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類似于RNP結(jié)構(gòu)域，但同RNA的特異性結(jié)合僅發(fā)生于第二個(gè)α螺旋和β折疊形成的裂縫中2、K同源結(jié)構(gòu)域3、其他17.3蛋白中RNA結(jié)合模體二、其他194U1剪接體蛋白N-端RNP結(jié)構(gòu)域U1195

17.4蛋白，核酸結(jié)合的分子基礎(chǔ)一、核酸與蛋白的直接作用1、核酸蛋白直接作用的途徑（1）蛋白側(cè)鏈同堿基作用——序列特異性相互作用的主要形式；（2）蛋白主鏈同堿基作用；（3）蛋白側(cè)鏈同磷酸骨架的作用；（4）蛋白主鏈同磷酸骨架的作用。2、存在于蛋白和核酸相互作用中的非共價(jià)相互作用：氫鍵、范德華力、疏水作用、靜電作用及靜電鏈、核酸自身的氫鍵、堿基堆積作用和蛋白氨基酸殘基之間的吸引和排斥二、水在核酸蛋白相互作用中的作用1、負(fù)責(zé)結(jié)合反應(yīng)的親和力和特異性2、流動(dòng)性增加了蛋白結(jié)合對接觸面突變的適應(yīng)性17.4蛋白，核酸結(jié)合的分子基礎(chǔ)196三、核酸結(jié)構(gòu)的蛋白調(diào)節(jié)1、蛋白通過熔解堿基對，減小或增大彎折或螺旋來改變DNA的結(jié)構(gòu)。2、限制性內(nèi)切酶造成最劇烈的扭曲和扭結(jié)3、DNA的柔性在轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)結(jié)構(gòu)形成中也有重要的作用四、二聚化和協(xié)同性1、二聚化的目的（1）通過增大結(jié)合蛋白的大小，增大接觸面和堿基識別的數(shù)量；（2）通過增大蛋白同DNA結(jié)合的接觸面，增加結(jié)合的穩(wěn)定性；（3）通過可循環(huán)的蛋白與蛋白作用，增加作用的親和